Аптымальны выбар біт PDC для здабычы вугалю

Будаўніцтва свідравін з'яўляецца шырока выкарыстоўваным тэхнічным метадам кантролю газу, прадухілення пашкоджанняў вадой і геалагічнай разведкі ў вугальных шахтах, які гуляе вырашальную ролю ў забеспячэнні бяспекі і эфектыўнасці здабычы вугалю. У Кітаі штогод у вугальных шахтах ствараюцца дзясяткі мільёнаў метраў свідравін. Працэс будаўніцтва патрабуе падтрымкі свідравога абсталявання, такога як свердзелы, бурыльныя трубы і свідравальныя долаты. Сярод іх свердзелы з'яўляюцца важнымі інструментамі для непасрэднага фарміравання адтулін і разбівання камянёў.

Полікрышталічны алмазны кампазітны ліст (PDC) шырока выкарыстоўваецца ў горназдабыўных свердзелах дзякуючы сваёй выключнай зносаўстойлівасці і пахвальнай ударатрываласці.Біты PDCдэманструюць працяглы тэрмін службы свідравання і павышаную эфектыўнасць пранікнення пры выкарыстанні ў скальных фармацыях сярэдняй цвёрдасці і меншай ступені, што дае значную эканамічную выгаду пры бурэнні ў вугальных шахтах. У параўнанні з бурэннем нафты, свідраванне ў вугальных шахтах валодае такімі тэхнічнымі характарыстыкамі, як эканамічнае, эканамічнае і шчыльна спраектаванае. Такім чынам, агульныя патрабаванні да біт PDC не з'яўляюцца празмерна патрабавальны.

Сучасныя праблемы, з якімі сутыкаецца майнингБіты PDCўключаюць у сябе: ①Парог ўваходу для майнинга PDC-бітаў адносна нізкі, мноства вытворцаў прапануюць розныя ўзроўні якасці. ②Выкарыстанне і патрабаванні да падземнага бурэння ў вугальных шахтах дэманструюць відавочныя адрозненні, у той час як класіфікацыя горных долот PDC складаная і разнастайная. Акрамя таго, існуе недахоп сістэматычных і рацыянальных спецыфікацый выбару ў наступным працэсе выкарыстання.③З павелічэннем колькасці складаных цвёрдых слаёў у вугальных шахтах, звычайныя кар'ерныя далоты PDC не адпавядаюць канструктыўным патрабаванням для эфектыўнага бурэння на месцы, што прыводзіць да выпадкаў павольнага прагрэсу або нават поўнай адсутнасці кадраў.④З-за складаных умоў будаўніцтва ў вугальнай шахце строгае захаванне працэдуры свідравання будаўнічым персаналам часам могуць быць складанымі.

Для павышэння эфектыўнасці майнингаБіты PDC, гэты артыкул змяшчае ўсебаковы аналіз асноўных рэжымаў адмовы і даследуе асноўныя прычыны кожнай формы адмовы. Акрамя таго, прапануюцца практычныя рэкамендацыі па разумным выбары і ўважлівым выкарыстанні гэтых біт.

1.Аналіз формы і прычын адмовы біта PDC пры майнинге

У цяперашні час кампаненты кар'ерных долот PDC у асноўным складаюцца з корпуса долота, фрэз PDC, калібраваных сплаваў і іншых частак, як паказана на малюнку 1. Фрэзы PDC і калібраваных сплаваў прыпаяны да корпуса долота для забеспячэння іх надзейнага мацавання. Падчас звычайных аперацый свідравання свідравальная штанга перадае крутоўны момант і ціск падачы на ​​дно свідравіны, дзе яна ўваходзіць у зачапленне са свердзелам. Працэс рэзкі горных парод ажыццяўляецца за кошт выкарыстання фрэз PDC на свердзеле. Акрамя таго, калібравыя сплавы абараняюць ад празмернага зносу, абараняючы акружную цэласнасць корпуса біта. Аднак варта адзначыць, што розныя фактары, такія як складаныя сілы, якія дзейнічаюць на фрэзу на дне свідравіны падчас рэзкі горных парод з дапамогай долота PDC, змены ў характарыстыках пласта, выбар будаўнічых метадаў і абсталявання, навыкі працы персаналу, які ўдзельнічае ў будаўнічых мерапрыемствах, а таксама меры па кантролі якасці саміх долот, могуць істотна паўплываць на эфектыўнасць прымянення, што прыводзіць да розных форм адмовы гэтых долот. Дзякуючы расследаванню, праведзенаму на буравых участках вугальных шахт, мы абагульнілі і прааналізавалі розныя рэжымы адмоваў і асноўныя прычыны, звязаныя зБіты PDC.

1.1 Няспраўнасць фрэзы PDC адбываецца, калі PDC спякаецца ва ўмовах высокай тэмпературы і высокага ціску. Кампазітны ліст складаецца з двух асноўных кампанентаў: алмазнага пласта і карбіднай матрыцы, як паказана на малюнку 2.

Асноўныя тыпы паломак фрэз PDC ўключаюць нармальны знос, адслаенне, згортванне ляза і расслаенне.

(1) Рэгулярны знос

Феномен нармальнага зносу - гэта тып тыповага пашкоджання, якое ўзнікае ў фрэзах PDC падчас працэсу рэзкі горных парод, якое ў першую чаргу характарызуецца значнымі макраскапічнымі стратамі пры шліфаванні як у пласце алмаза, так і ў матрыцы з цвёрдага сплаву фрэз, без якіх-небудзь відавочных слядоў расколін на паверхні шліфавання.

(2) Выпадзенне фішкі

Феномен падзення стружкі ўзнікае, калі фрэзы PDC адрываюцца ад корпуса біта, што прыводзіць да выхаду з ладу біта. Найбольш прыкметнай характарыстыкай з'яўляецца поўнае аддзяленне фрэз PDC ад корпуса біта, без рэшткаў сплаву ў яме, дзе адбываецца зварка паміж корпусам біта і фрэзамі PDC.

Асноўныя фактары, якія спрыяюць зніжэнню падзення плёнкі:

① Падвышаная тэмпература на дне свідравіны прыводзіць да праблем з тэхналогіяй будаўніцтва сухога бурэння або ўтварэння воднай коркі ў працэсе свідравання, а таксама перашкаджае своечасоваму астуджэнню фрэз PDC на свідравіне падчас высакахуткаснай ротарнай рэзкі пароды. У выніку адбываецца значнае павышэнне тэмпературы на дне адтуліны, якая можа перавышаць крытычную тэмпературу прыпоя і прыводзіць да расплаўлення прыпоя і наступнага адлучэння разцоў PDC.

② Кантроль працэсу зваркі свердзела недастаткова строгі. У працэдуры зваркі назіраецца адсутнасць належнай ачысткі перад зваркай, няспраўныя зварныя швы або неадэкватнае кіраванне выхлапнымі газамі, а таксама неабгрунтаваная тэмпература захавання цяпла або недастатковы час пасля зваркі, усё гэта можа прывесці да адлучэння біта. Акрамя патрабаванняў да вытворцаў строга рэгуляваць вытворчы працэс (асабліва працэс зваркі фрэзы PDC), каб забяспечыць поўныя і цвёрдыя зварныя швы, таксама неабходна ўдакладніць працэдуру свідравання, выбіраючы, калі гэта магчыма, свідраванне на ваду і пазбягаючы будаўніцтва з сухім свідраваннем. Для свідравання глыбокіх адтулін неабходна пераканацца, што вада вяртаецца, перш чым дадаваць свідраванне стрыжнямі. Акрамя таго, кожны раз, перш чым устаўляць свердзел у дно адтуліны, важна правяраць, ці няма перашкод, каб прадухіліць засор.

(3) Паломка ляза

Пералом алмазнага пласта ў фрэзах PDC уяўляе сабой пераважны спосаб адмовы дляБіты PDC. Характэрнай асаблівасцю гэтага рэжыму разбурэння з'яўляецца лакалізаваны разрыў алмазнага пласта, у некаторых выпадках які прыводзіць да адначасовага разбурэння цвёрдасплаўнай матрыцы.

Асноўныя прычыны паломкі біта PDC:

① Фрэза, абраная на аснове характэрных характарыстык фрэзы PDC, мае нізкую ўдаратрываласць. Сумесная трываласць карбіду вальфраму (WC) і алмазнага мікрапарашка недастатковая, што робіць яго схільным да разбурэння пад уздзеяннем фрагментацыі пароды;

② Фактары, звязаныя з працэсам будаўніцтва, паказваюць, што нагрузка на будоўлю празмерна высокая. Ціск, які аказваецца фрэзай PDC на сверла, значна перавышае мяжа ціску фрэзы, што прыводзіць да расколвання алмазнага пласта і наступнага згортвання рэжучай абзы.

③ Фактары, звязаныя са складанымі фармацыямі, паказваюць, што падчас будаўніцтва цвёрдых трэшчынаватых фармацыяў ударная нагрузка на фрэзы PDC перавышае іх ударную глейкасць, што можа прывесці да калапсу рэжучай абзы.

④ Канструкцыя вугла рэзання долота неадэкватная, бо яна не адпавядае прынцыпу, паводле якога больш цвёрдая фармацыя патрабуе большага вугла рэзання. Пры будаўніцтве цвёрдых утварэнняў меншы вугал рэзання можа прывесці да празмернай сілы на фрэзу PDC, што ў канчатковым выніку прывядзе да калапсу рэжучай абзы.

⑤ Іншыя фактары паказваюць на тое, што размяшчэнне апорных нітаў і анкерных тросаў у падземных праезных частках робіць вельмі адчувальным да руйнавання свідра пры сутыкненні з гэтымі элементамі. Для прадухілення выхаду свідра з ладу важна не толькі строга прытрымлівацца параметраў працэсу, выкладзеных у інструкцыі па свідраванні, але таксама распрацоўваць і выбіраць свідар у залежнасці ад умоў пласта. У прыватнасці, пры свідраванні цвёрдых пластоў пажадана адпаведным чынам павялічыць кут рэзкі долота, паменшыць яго агрэсіўнасць і павысіць абарону долота. Акрамя таго, рэкамендуецца выбіраць фрэзы PDC з большай ударнай глейкасцю пры свідраванні пласта з цвёрдымі расколінамі або мадыфікацыі знешняй формы алмазнага пласта фрэзы для паляпшэння ўдарнай глейкасці; напрыклад, выгнутыя фрэзы PDC звычайна дэманструюць лепшую ўдаратрываласць, чым плоскія тыпы. Акрамя таго, падчас будаўніцтва павінна быць рэалізавана разумнае размяшчэнне адтулін, каб пазбегнуць свідравання нітаў і анкерных кабеляў.

(4) Расслаенне

Расслаенне адносіцца да аддзялення пласта алмаза ад матрыцы з цэментаванага карбіду ў кампазітных лістах PDC, як паказана на малюнку 3.

Асноўнай прычынай расслаення ў алмазным пласце фрэз PDC з'яўляецца значнае рэшткавае напружанне, якое існуе паміж алмазным пластом і матрыцай з цвёрдага сплаву ў спалучэнні са значнай розніцай у іх каэфіцыентах цеплавога пашырэння. Падчас рэзкі горных парод алмазны пласт і матрыца з цвёрдага сплаву адчуваюць асінхроннае скарачэнне з-за цеплавых напружанняў, якія ствараюцца цяплом трэння і астуджэннем ад мыйных вадкасцей. У выніку ўдарная нагрузка і рэшткавае напружанне прыводзяць да адслаення алмазнага пласта ад цвёрдасплаўнай матрыцы, што ў канчатковым выніку прыводзіць да выхаду з ладу свердзела. Для памяншэння расслаення вельмі важна выбраць адпаведныя злучныя матэрыялы і тэхналогіі апрацоўкі, якія ліквідуюць рэшткавае напружанне паміж гэтымі двума кампанентамі падчас вытворчасці. Акрамя таго, распрацоўка новай формы інтэрфейсу для матрыцы можа палепшыць злучныя ўласцівасці паміж пластом алмаза і матрыцай з цэментаванага карбіду.

1.2 Няспраўнасць корпуса свердзела ў першую чаргу характарызуецца пераломамі ляза ў корпусе свердзела, як паказана на малюнку 4.

 

Пералом ляза корпуса сверла ў асноўным адбываецца ў корпусе сверла, а сталёвы корпус - рэдка. Прычыны пералому лопасці корпуса біты наступныя: ① Удар па лопасці корпуса біты пры адкручванні корпуса біты, таму што каронка корпуса біты адначасова спякаецца ў працэсе парашковай металургіі. у параўнанні са звычайным сталёвым корпусам. біт корпуса мае больш высокую зносаўстойлівасць. але трываласць матэрыялу корпуса адпаведна зніжаецца, і пры адкручванні корпуса біты лёгка зламаць лязо; ② Кантроль працэсу спякання біт не з'яўляецца строгім. і спеченный корпус біты ўцягвае, і металічны парашок не можа ўтварыць сплаў. Каб пазбегнуць паломкі ляза. карыстальніку лепш выкарыстоўваць такія інструменты, як стаматалагічныя абцугі, каб дапамагчы дужцы пры адкручванні свердзела. так, каб пазбегнуць збівання ляза; Па-другое. вытворцы павінны строга кантраляваць якасць спеченного цела. не толькі строга кантраляваць працэс спякання. але таксама час ад часу кантраляваць металічны парашок, каб пераканацца, што парашок адпавядае патрабаванням працэсу.

2. Аптымізаваны дызайн і разумны выбар біт PDC для майнинга

2.1 Аптымізацыя канструкцыі свердзела

(1) Для формы адмовы свердзела неабходна аптымізаваць яго структуру ў залежнасці ад канструкцыі свердзела. Асноўныя канструктыўныя параметры біт PDC ўключаюць кут рэзкі α. старана Вугал β. азімут Вугал γ. і г.д. γ адносіцца да вугла паміж базавай лініяй арыентацыі зуб'яў PDC і цэнтральнай лініяй біта. α адносіцца да вугла паміж базавай лініяй арыентацыі зуба PDC і рабочай плоскасцю фрэзы. як паказана на малюнку 5. β адносіцца да вугла паміж плоскасцю, якая праходзіць праз цэнтральную кропку і цэнтральнай лініяй біта, і рабочай плоскасцю фрэзы. як паказана на малюнку 6. Папярэднія даследаванні і комплексны аналіз прымянення паказваюць, што кут рэзу і бакавы кут фрэз PDC могуць непасрэдна ўплываць на тэрмін службы і эфектыўнасць свідравання далота. і неабходна аптымізаваць канструкцыю долота ў адпаведнасці з рознымі буравымі пластамі. Дызайн вугла рэзкі значна паўплывае на эфектыўнасць свідравання. ці нават без кадраў наогул; Калі кут рэзкі занадта малы. рэжучая абза PDC схільная да паломак і іншым з'явам. Таму. канструкцыю свердзела варта разглядаць усебакова пры выбары схемы параметраў, выбіраючы ўмераны кут рэзкі і бакавы кут, а не выпадковы дызайн.

(2) У дадатак да аптымізацыі вугла рэзання біт, вельмі важна таксама аптымізаваць фрэзы PDC. Якасць фрэз PDC істотна ўплывае на здабычу долот PDC, паколькі непасрэдна вызначае іх прадукцыйнасць рэзкі і тэрмін службы. Важным фактарам у павышэнні якасці PDC з'яўляецца ліквідацыя рэшткавага напружання на мяжы злучэння паміж пластом алмаза і матрыцай з цэментаванага карбіду. Даследаванні паказваюць, што максімальнае напружанне ў фрэзах PDC з плоскай структурай інтэрфейсу сканцэнтравана каля абодвух бакоў гэтага інтэрфейсу, а пікавыя напружання расцяжэння і зруху ўзнікаюць на краі алмазнага пласта. Наяўнасць напружання расцяжэння можа прывесці да ненармальных пераломаў у PDC, у той час як напружанне зруху служыць асноўнай прычынай расслаення ў разцах PDC.

(3) У дадатак да ліквідацыі рэшткавага напружання ў фрэзах PDC, другасная апрацоўка можа яшчэ больш палепшыць іх якасць. У цяперашні час асноўныя метады апрацоўкі паверхні ўключаюць алмазнае шліфаванне паверхні, зняцце фаскі і фасонную апрацоўку. Выбар фрэз PDC можа быць аптымізаваны ў залежнасці ад рэальных умоў працы.

2.2 Разумны выбар свердзелаў

У цяперашні час долаты PDC, якія выкарыстоўваюцца пры свідраванні свідравін у большасці раёнаў здабычы карысных выкапняў, у асноўным маюць трохкрылавую ўвагнутую канструкцыю. Аднак выбар гэтых біт часта абмежаваны і не мае класіфікацыі, што прыводзіць да універсальнага падыходу, які не адпавядае належным чынам спецыфічным патрабаванням розных слаёў насельніцтва. Гэта асабліва праблематычна ў складаных умовах пласта, калі звычайныя ўвагнутыя долаты з цяжкасцю забяспечваюць здавальняючую прадукцыйнасць, што прыводзіць да скарачэння тэрміну службы долота і зніжэння эфектыўнасці бурэння. Такая неэфектыўнасць не толькі павялічвае вытворчыя выдаткі, але можа таксама парушыць графікі будаўніцтва і панесці значныя эканамічныя страты. Такім чынам, вельмі важна выбраць адпаведныя буравыя долаты, прыстасаваныя да розных умоў пласта.

Долаты PDC для майнінгу можна падзяліць на два асноўныя тыпы ў залежнасці ад матэрыялу корпуса далоні: тып сталі і тып шыны. Корпусы сталёвых карпусоў у асноўным апрацоўваюцца механічнымі метадамі, забяспечваючы добрую трываласць, што робіць іх прыдатнымі для звычайных аперацый бурэння пласта. У супрацьлегласць гэтаму, карпусы шыннага тыпу спекаюцца з дапамогай працэсаў парашковай металургіі, забяспечваючы высокую зносаўстойлівасць, ідэальную для бурэння цвёрдых парод або працяглых задач бурэння. Акрамя таго, свідравальныя далоны можна класіфікаваць па розных структурах, у тым ліку ўнутраную ўвагнутую, дугападобны кут, плоскае дно, скрабок і іншыя, як паказана на малюнку 7. ①Канструкцыя ўвагнутай структуры ўвагнутай далоні ўзмацняе эфекты выпроствання падчас звычайнага будаўніцтва пласта; ②Дысперснае размяшчэнне зубоў дугавой свердзела прыводзіць да большай шчыльнасці зубоў і павышэння эфектыўнасці свідравання пры працы з пластамі сярэдняй цвёрдасці і вышэй; ③Форма губы свердзела з плоскім дном амаль плоская, што завастрае яго бакавыя краю для палягчэння перакосу—такая канструкцыя ў асноўным выкарыстоўваецца для накіраванага свідравання; ④Скрэбер звычайна мае канічную структуру, якая забяспечвае большую агрэсіўнасць і ў асноўным выкарыстоўваецца ў мяккіх пластах або канструкцыях вугальных пластоў.

Бягучыя майнинговые долота PDC былі абагульнены і ўпарадкаваны, а таксама крытэрыі выбару для долот PDC пры розных умовах працы і фарміравання, як прадстаўлена ў табліцы 1 для даведкі.

3. Меры засцярогі пры выкарыстанні майнинга PDC

У дадатак да стараннага выбару свердзелаў, не менш важна правільна выкарыстоўваць гэтыя інструменты. Улічваючы складаныя ўмовы будаўніцтва на вугальных шахтах, рабочыя часта змагаюцца за строгае прытрымліванне рэкамендацый па эксплуатацыі біт PDC, што прыводзіць да частых выпадкаў адмовы біт з-за няправільнага абыходжання. У мэтах павышэння эфектыўнасці свідравання некаторыя раёны здабычы могуць без разбору павялічваць вагу долота падчас працы, што прыводзіць да заўчаснага выхаду з ладу долота. Правільнае выкарыстанне біт PDC можа аптымізаваць іх прадукцыйнасць і знізіць вытворчыя выдаткі. Пры выкарыстанні біт PDC варта звярнуць увагу на наступныя моманты:

(1) Звяртайце ўвагу на суадносіны класіфікацыі паміж свідравой долатай PDC і свідравальным інструментам, пераканаўшыся, што свідравальная труба вялікага дыяметра не спалучаецца са свідравой трубой занадта малога дыяметра, а свідравальная труба малога дыяметра не спалучаецца са свідравой коронкай вялікага дыяметра.

(2) Аптымальным падыходам з'яўляецца выкарыстанне спецыяльнага свідра для адтулін або састарэлага свердзела для пабудовы гнязда, гарантуючы, што працэс свідравання пазбягае блізкасці балтаў з боку паласы, анкерных тросов і падобных перашкод.

(3) Пры правядзенні буравых работ вельмі важна рэгуляваць ціск падачы, каб прадухіліць аварыі, выкліканыя празмерным ціскам у свідравіне.

(4) Калі ласка, выкарыстоўвайце тэхніку свідравання ў чыстай вадзе, устрымліваючыся ад сухога свідравання або свідравання пад ціскам паветра. Перад пачаткам свідравання пад ціскам забяспечце належную цыркуляцыю вады ў свідравіне, каб прадухіліць магчымыя выпадкі ўзгарання ў яе падставе.

(5) Здымаючы насадку, пераканайцеся, што не заціскаеце або не ўдараеце па фрэзе PDC. Акрамя таго, будзьце асцярожныя, каб не патрапіць у корпус сверды.

4. Заключэнне

Бяспечная і эфектыўная экалагічна чыстая здабыча вугалю нязменна была цэнтральнай тэмай, якую адстойвала вугальная прамысловасць. Эфектыўнае выкарыстанне далот PDC для падземных буравых работ у вугальных шахтах мае вялікае значэнне. У гэтым артыкуле аналізуюцца рэжымы збояў майнинга PDC-бітаў, высвятляюцца асноўныя прычыны розных формаў збою. У ім прапануюцца аптымальныя стратэгіі канструкцыі і выбару долот у розных працоўных умовах і геалагічных фармацыях, а таксама абагульнены меры засцярогі пры іх выкарыстанні, тым самым забяспечваючы арыенцір для паляпшэння выбару і прымянення майнинговых долот PDC. Разумны выбар і правільнае выкарыстанне майнинговых долот PDC можа максымізаваць іх эфектыўнасць, мінімізаваць марнаванне рэсурсаў і павысіць бяспеку, эфектыўнасць і экалагічна чыстыя метады здабычы вугалю.