Zwiększyć limit

Na początku 2021 roku firma Sandvik Mining and Rock Solutions wprowadziła na rynek nową wiertnicę górną udarową – model Pantera DP1600i. Jest to najnowszy model z rodziny Pantera DPi – dużych hydraulicznych wiertnic gąsienicowych, charakteryzujących się wysoką prędkością penetracji oraz zaawansowanymi opcjami automatyzacji służącymi do zarządzania flotą w oparciu o dane i optymalizacji wydajności wiercenia. Jednak dotychczas maksymalna średnica otworów, jakie mogły wykonać te maszyny, wynosiła 152 milimetry (6 cali).

Punktem wyjścia dla inżynierów projektujących model Pantera DP1600i było osiągnięcie starannej równowagi między wszystkimi trzema głównymi komponentami wiertnicy: wózkiem, młotem wiertniczym i osprzętem skalnym, aby umożliwić wiercenie otworów o średnicach od 140 do 178 milimetrów (5,5–7 cali).

Rozwiązanie dotyczące wózka opiera się zasadniczo na niezawodnej i sprawdzonej platformie z serii Pantera DPi, wzbogaconej o kluczowe elementy układu hydraulicznego oraz przeprojektowaną konstrukcję wysięgnika, umożliwiającą zamontowanie młota wiertniczego o większej mocy. Skutkuje to wysoką wydajnością, a w konsekwencji możliwością wykonywania otworów o większej średnicy, bez zwiększania fizycznego zajmowanego przez wiertnicę miejsca.

„Mamy wieloletnie doświadczenie i sprawdzoną wydajność w wierceniu z młotem górnym przy użyciu wiertnic z serii Pantera DPi, sięgające aż do 2008 roku, dlatego naturalnym wyborem było ulepszenie istniejącej platformy do wyższego poziomu w ramach tego nowego rozwiązania” – wyjaśnia Jarno Vii-taniemi, kierownik ds. produktów w zakresie wiercenia powierzchniowego w firmie Sandvik Mining and Rock Solutions.

Nowa wiertnica skalna RD1840C sprostała wyzwaniu polegającemu na zwiększeniu energii udarowej podczas wiercenia bez powiększania fizycznych rozmiarów wiertnicy dzięki zastosowaniu dłuższego, a co za tym idzie cięższe tłoka wiertniczego. Geometria, długość i masa tłoka zostały zoptymalizowane pod kątem narzędzi skalnych oraz docelowej, większej optymalnej średnicy otworu wynoszącej 165 milimetrów, co skutkuje bardziej efektywnym, dłuższym przebiegiem fali udarowej oraz lepszą dynamiką wiercenia.

„Kluczową zaletą koncepcji Top Hammer XL jest to, że trzy główne komponenty systemu wiertniczego – wiertnica, młot wiertniczy i narzędzia wiertnicze – zostały poddane przeglądowi, przeprojektowane i wzajemnie zoptymalizowane” – mówi Jukka Siltanen, kierownik linii produktowej wiertarek do skał w firmie Sandvik Mining and Rock Solutions (
). „To naprawdę świetnie działa jako całość”.

Opcjonalnie wiertarka RD1840C może być wyposażona w system monitorowania naprężeń narzędzi Sandvik RockPulse, który dostarcza operatorowi wiertnicy dane pomiarowe w czasie rzeczywistym dotyczące trzech kluczowych parametrów wiercenia: reakcji wiertła, obciążenia narzędzia oraz poziomu posuwu. System mierzy w czasie rzeczywistym fale naprężeń wywołane każdym uderzeniem tłoka, co pomaga operatorowi uniknąć słabego kontaktu z skałą i nadmiernych naprężeń rozciągających, a także zbyt dużego lub zbyt małego posuwu.

System narzędzi zoptymalizowany pod kątem koncepcji wiertnicy Top Hammer XL to nowa rodzina Sandvik LT90. Wyzwaniem przy opracowywaniu tych narzędzi do wiercenia w skale była dłuższa i silniejsza fala uderzeniowa generowana przez nową wiertnicę skalną RD1840C. A dokładniej – jak w kontrolowany sposób przekazać ją na dno otworu przy minimalnych stratach energii, aby zmaksymalizować prędkość penetracji.

„W całym systemie mamy więcej energii” – mówi Fredrik Björk, kierownik ds. produktów w dziale narzędzi do wiercenia w skale na powierzchni w firmie Sandvik Mining and Rock Solutions. „Jeśli nie wykorzystamy tej energii do kruszenia skały, zamiast tego zniszczy ona kolumnę wiertniczą i gwinty. Energia ta zamieni się w ciepło”.

Wyzwanie to rozwiązano głównie poprzez poprawę dynamiki wiercenia, co z kolei wymaga starannego wyważenia kilku potencjalnie sprzecznych parametrów. Jednym z nich jest sztywność kolumny wiertniczej, niezbędna do uzyskania prostych otworów, przy jednoczesnym uniknięciu nadmiernej sztywności, aby zapobiec pękaniu narzędzi pod wpływem zginania. Ograniczenie sztywności w praktyce oznacza również unikanie zbyt dużych średnic prętów, ponieważ spowoduje to większe naprężenia w połączeniach gwintowych podczas zginania.

W przypadku gwintów prętów równoważenie polega na tym, by gwinty były jak najcieńsze, ale jednocześnie wystarczająco wytrzymałe, aby przeprowadzić optymalizację właściwości łączenia kolumny wiertniczej. Praktyczną korzyścią z tego rozwiązania jest łatwe nakręcanie i odkręcanie prętów oraz wierteł.

Kolejnym kluczowym kompromisem jest równowaga między odpornością na zużycie a twardością, ponieważ nadmiernie twarda stal narzędziowa będzie również zbyt krucha. Dużym atutem firmy Sandvik w tym zakresie jest gatunek stali oraz know-how w zakresie obróbki cieplnej dostępne we własnym zakresie w Sandviken w Szwecji.

Młot wiertniczy RD1840C przeszedł tysiące godzin testów stanowiskowych, a cała instalacja wykonała ponad 100 000 metrów wierceń w rzeczywistych warunkach, w trudnych warunkach skalnych. Testy terenowe odbywają się w północnej Europie od stycznia 2019 r., co oznacza, że rozwiązanie Top Hammer XL musiało wytrzymać szerokie spektrum warunków typowych dla obszarów subarktycznych, w tym dwie zimy z minimalnymi temperaturami bliskimi –40 ˚C, a także upalne lato z temperaturami sięgającymi 30 ˚C. Wiertnica i narzędzia bez problemu sprostały tym wyzwaniom.

Wyniki wskazują na 50-procentową redukcję zużycia paliwa, 25-procentową redukcję całkowitych kosztów wiercenia oraz 15-procentowe zwiększenie wydajności w porównaniu z metodą wiercenia typu „down-the-hole” (DTH)*. Ponadto nowe narzędzia wiertnicze zapewniają doskonałą trwałość koronek w porównaniu z konkurencyjnymi produktami i technologiami. Aby zilustrować skalę oszczędności paliwa w typowych warunkach górniczych, można je porównać do rocznego zużycia paliwa przez 107 przeciętnych samochodów rodzinnych. Korzyści te są również dostępne w zastosowaniach górniczych na dużych wysokościach. 50-procentowa redukcja zużycia paliwa ma oczywiście również znaczący wpływ na emisję CO₂.

Sandvik jest pierwszym producentem OEM, który wprowadził tego rodzaju innowacyjną technologię wiercenia młotem górnym, pozwalającą osiągać opłacalne wyniki wiercenia w otworach o dużych rozmiarach. System Top Hammer XL rozszerza zakres rozmiarów otworów w technologii wiercenia młotem górnym do 178 milimetrów (7 cali), dzięki czemu wiercarki młotowe, z natury bardziej efektywne kosztowo, stają się realną alternatywą dla technologii DTH na znacznie większą skalę niż dotychczas.