حفاري بهينه :

 

بهينه سازي روشهاي چالزني ، نقش مؤثري در بازدهي استخراج وقواره دهي مناسب سنگ دارد . به تعبير ديگر حفاري بهينه به سهم خود، دستيابي به بيشترين بازده را امكان‌پذير مي سازد .
 

تعريف بازده حفاري

 

وظيفه سازنده ابزار حفاري، طراحي ساقه، مته و سرمته به ترتيبي است كه بيشترين انرژي ممكن از پيستون محرك براي شكستن سنگ منتقل شود.
 

افت انرژي را نبايد به حساب از دست رفتن عادي انرژي گذاشت. اين افت به فرسايش چالزن وابزارهاي چالزني هم مربوط مي شود. افت سيستم هيدروليكي يا بادي كه سرعت برخورد پيستون را تأمين مي كند تحت تأثير ابزارهاي چالزني قرار نمي گيرند. وقتي پيستون به سرعت برخورد پيدا كند، مطابق فرمول زير انرژي جنبشي نيز مي گيرد:
 

وقتي پيستون به ساقه ضربه مي‌زند ، موج برخورد انرژي را به خود به سرمته و سنگ منتقل مي كند. سرمته، به درون سنگ رانده مي شود و آن را مي شكند.كار انجام شده روي سنگ ( نيرو * فاصله ) برابر با سطح زير منحني نيرو ـ نفوذ براي برخورد واقعي سر مته وسنگ است . بازده سيستم به صورت نسبت مقاديردو انرژي ، تعريف و معمولاً بر حسب درصد بيان مي شود .
 

براي دستيابي به بيشترين بازده ممكن، يعني حفاري بهينه، ساق مته بايد طوري طراحي شود كه ويژگي هاي لازم رابراي انتقال انرژي به بهترين وجه ممكن داشته باشد . به علاوه شكل هندسي پيستون ، طرح سرمته وخواص سنگ نيز بايد با يكديگر هماهنگي داشته باشند.
 

معمولاً براي چالزن هيدروليكي از داده هاي نمونه استفاده مي كنيم ، يعني پيستون 500 ميليمتري به قطر 38 ميلي متر و سرعت 10 متر بر ثانيه . چنين پيستوني در حدود 4 كيلوگرم وزن دارد وتقريباً 200 ژول انرژي برخورد ايجاد مي كند. اين سيستم در نهايت مي تواند نيروي ماكزيمم 400 كيلونيوتني و حداكثر 2 ميليمتر نفوذ به وجود آورد. هنگام چالزني، مقدار نيرو و نفوذ به وسيله سرمته و سنگ تعيين مي شود كه از نمودار همبستگي حداثر نيرو وحداكثر نفوذ در منحني زير تبعيت مي كنند.
 

حداكثر نيرو تابعي است از سرعت برخورد وسطح مقطع پيستون . حداكثر نفوذ تابعي است از سرعت برخورد در طول پيستون.

فقط سرعت برخورد را مي توان به راحتي در كارگاه تنظيم كرد . اين كار با تغيير دادن فشار مكانيسم برخورد انجام ميشود . منحني نشانمي دهد كه تغيير سرعت فقط بزرگي نيروونفوذ را تغيير مي دهد و نه شكل آن را.
 

خلاصه اينكه وقتي چالزن و ساقه مته انتخاب شدند رابطه ميان نيرو ونفوذ تعيين مي شود . تنظيم فشار برخورد مي تواند بزرگي نيرو ونفوذ را تغيير دهد ولي رابطه ميان آن دو را تغيير نمي دهد.

سرمته

 

وقتي سرمته به درون سنگ رانده مي شود فرآيند عمل را مي توان با نوعي منحني نيروـ نفوذ توضيح داد . چنين آزمايشي مي تواند به وسيله دستگاه آزمون عمومي انجام شود. سرمته هاي كلاهكي حداقل وقتي صحبت ازنيرو ونفوذ در چالزنهاي امروزي است نمودار رابطه اي خاص ميان نيرونفوذ را نشان مي دهد  . شيب نمودار مربوط به مراحل بارگذاري، نشانگر چيزي است كه آن را مقاومت نفوذي سنگ مي ناميم . هرچه شيب بيشتر باشد، مقاومت نفوذي هم بيشترخواهد بود . البته مقاومت نفوذي سنگ ، بسته بهنوع سنگ وطراحي وابعاد سرمته ، در گستره وسيعي تغيير مي كند.

 

بازده

 

وقتي چالزن، ساقه مته، سرمته و سنگ مرتبط شدند و چالزني شروع شد، مي توانيم با تلفيق