Оптимален избор на PDC битове за въгледобив

Изграждането на сондажи е широко използван технически метод за контрол на газа, предотвратяване на щети от вода и геоложко проучване във въглищни мини, което играе решаваща роля за осигуряване на безопасността и ефективността на производството на въглища. В Китай десетки милиони метри сондажи се създават годишно във въглищни мини. Процесът на изграждане изисква поддръжка на сондажно оборудване като свредла, сондажни тръби и свредла. Сред тях свредлата са основни инструменти за директно формиране на дупки и разбиване на скали.

Композитният лист от поликристален диамант (PDC) се използва широко в минни свредла поради изключителната си устойчивост на износване и похвална издръжливост на удар.PDC битоведемонстрират удължен живот на сондажите и повишена ефективност на проникване, когато се използват в средно твърди и по-ниски скални образувания, като по този начин водят до значителни икономически ползи при сондажните операции на въглищни мини. В сравнение с нефтените сондажи, сондажите за въглищни мини притежават техническите характеристики, че са рентабилни, времеефективни и плътно проектирани. Следователно, общите изисквания за PDC битовете не са прекомерно взискателен.

Настоящите предизвикателства в минното делоPDC битовевключват: ①Входният праг за копаене на PDC битове е сравнително нисък, като множество производители предлагат различни нива на качество. ②Употребите и изискванията на подземното сондиране във въглищни мини показват очевидни несъответствия, докато класификацията на минните PDC битове е сложна и разнообразна. Освен това липсват систематични и рационални спецификации за подбор в последващия процес на използване.③С нарастващото разпространение на сложни твърди пластове във въглищните мини, конвенционалните минни PDC свредла не отговарят на конструктивните изисквания за ефективно сондиране на място, което води до случаи на бавен напредък или дори пълна липса на кадри.④Поради трудните строителни условия във въглищната мина, стриктно спазване на сондажните процедури от строителния персонал понякога могат да бъдат трудни.

За да се подобри оперативната ефективност на копаенеPDC битове, този документ предоставя цялостен анализ на основните режими на повреда и изследва основните причини за всяка форма на повреда. Освен това се предлагат практически препоръки за разумния избор и внимателното използване на тези битове.

1.Анализ на формата и причините за повреда на PDC битове при копаене

Понастоящем компонентите на PDC свредлата за минно дело се състоят основно от тялото на свредлото, PDC фрези, калибрирани сплави и други части, както е показано на Фигура 1. PDC фрезите и калибрираните сплави са запоени върху тялото на свредлото, за да се гарантира тяхното сигурно закрепване. По време на редовни операции по сондиране, сондажната щанга предава въртящ момент и захранващо налягане към дъното на отвора, където се зацепва със свредлото. Процесът на рязане на скали се осъществява чрез използването на PDC ножове на свредлото. В допълнение, калибрираните сплави предпазват от прекомерно износване, като защитават целостта на периферията на тялото на накрайника. Все пак трябва да се отбележи, че различни фактори като сложни сили, упражнявани върху ножа на дъното на отвора по време на рязане на скала с PDC свредло, промени в характеристиките на формацията, избор на строителни техники и оборудване, оперативни умения на персонала, участващ в строителните дейности, заедно с мерки за контрол на качеството на самите свредла, могат значително да повлияят на ефективността на приложението, което води до различни форми на повреда на тези свредла. Чрез разследване, проведено на места за сондиране на въглищни мини, ние обобщихме и анализирахме различни режими на повреда и основни причини, свързани сPDC битове.

1.1 Повреда на PDC ножа възниква, когато PDC се синтерува при условия на висока температура и високо налягане. Композитният лист се състои от два основни компонента: диамантен слой и карбидна матрица, както е показано на фигура 2.

Основните режими на повреда на PDC ножовете включват нормално износване, отлепване, свиване на острието и разслояване.

(1) Редовно износване

Феноменът на нормалното износване е вид типична повреда, която възниква в PDC фрези по време на процеса на рязане на скали, характеризираща се основно със значителни макроскопични загуби при шлайфане както в диамантения слой, така и в матрицата от циментиран карбид на фрезите, без никакви видими следи от напукване върху повърхността на смилане.

(2) Падане на чип

Феноменът на падане на стружки възниква, когато PDC фрезите се отделят от тялото на свредлото, което води до повреда на свредлото. Най-забележителната характеристика е пълното отделяне на PDC фрезите от тялото на накрайника, без остатъци от сплав в ямата, където се извършва заваряването между тялото на накрайника и PDC фрезите.

Основни фактори, допринасящи за намаляването на падащия филм:

① Повишената температура на дъното на сондажа води до предизвикателства в строителната технология за сухо сондиране или образуването на водна тапа по време на процеса на сондиране, като същевременно възпрепятства навременното охлаждане на PDC фрезите на свредлото по време на високоскоростно ротационно рязане на скали. Следователно има значително повишаване на температурата на дъното на отвора, което може да надхвърли критичната температура на спойката и да доведе до топене на спойка и последващо отделяне на PDC ножовете.

② Контролът на процеса на заваряване на бормашини не е достатъчно строг. В процедурата по заваряване има липса на подходящо почистване преди заваряване, дефектни заварки или неадекватно управление на отработените газове и неразумна температура за запазване на топлината или недостатъчно време след заваряване, всички от които могат да доведат до отделяне на накрайника. Освен изискването на производителите да регулират стриктно производствения процес (особено процеса на заваряване на PDC фреза), за да осигурят цялостни и здрави заварки, е необходимо също така да се изясни процедурата за изграждане на пробиване, като се избере пробиване с вода, когато е възможно, и се избягва конструкцията със сухо пробиване. При пробиване на дълбоки дупки трябва да се гарантира, че водата се връща, преди да се добави пробиване с прът. Освен това, всеки път, преди да поставите свредлото в дъното на отвора, е важно да проверите дали има препятствия, за да предотвратите запушване.

(3) Счупване на острието

Счупването на диамантения слой в PDC фрези представлява преобладаващ начин на отказ заPDC битове. Характерна особеност на този режим на повреда е локализираното разкъсване на диамантения слой, като някои случаи водят до едновременно счупване заедно с карбидната матрица.

Основните причини за счупване на PDC бита:

① Фрезата, избрана въз основа на присъщите характеристики на PDC фрезата, показва ниска устойчивост на удар. Комбинираната якост на волфрамов карбид (WC) и диамантен микро-прах е недостатъчна, което го прави податлив на повреда под напрежението от раздробяването на скалата;

② Фактори, свързани със строителния процес, показват, че строителният натиск на място е прекалено висок. Натискът, упражняван от PDC ножа върху свредлото, значително надвишава границата на налягането на фрезата, което води до разцепване на диамантения слой и последващо свиване на режещия ръб.

③ Фактори, свързани със сложни формации, показват, че по време на изграждането на твърди, напукани формации ударното натоварване върху PDC фрезите надвишава тяхната ударна якост, което може да доведе до срутване на режещия ръб.

④ Дизайнът на ъгъла на рязане на свредлото е неподходящ, тъй като не се придържа към принципа, че по-твърдата формация изисква по-голям ъгъл на рязане. При изграждането на твърди формации по-малък ъгъл на рязане може да доведе до прекомерна сила върху PDC ножа, което в крайна сметка води до свиване на режещия ръб.

⑤ Други фактори показват, че разположението на поддържащите болтове и анкерните кабели в подземните пътища прави силно податливо свредлото да се срути при среща с тези елементи. За да се предотврати повреда на свредлото, от съществено значение е не само да се придържате стриктно към параметрите на процеса, описани в ръководството с инструкции за пробиване, но също така да проектирате и изберете свредлото въз основа на условията на формиране. По-конкретно, когато пробивате в твърди формации, препоръчително е да увеличите ъгъла на рязане на свредлото по подходящ начин, да намалите неговата агресивност и да подобрите защитата на свредлото. Освен това се препоръчва избор на PDC фрези с по-висока якост на удар, когато се пробиват формации с твърди пукнатини или се модифицира външната форма на диамантения слой на фрезата, за да се подобри якостта на удар; например извитите PDC ножове обикновено показват по-добра устойчивост на удар от плоските типове. Освен това трябва да се приложи разумно разположение на отворите по време на строителството, за да се избегне пробиването на болтове и анкерни кабели.

(4) Разслояване

Разслояването се отнася до отделянето на диамантения слой от матрицата от циментиран карбид в PDC композитни листове, както е показано на фигура 3.

Основната причина за разслояване в диамантения слой на PDC фрези е значителното остатъчно напрежение между диамантения слой и матрицата от циментиран карбид, съчетано със значителна разлика в техните коефициенти на топлинно разширение. По време на рязане на скала, диамантеният слой и матрицата от циментиран карбид изпитват асинхронно свиване поради термични напрежения, генерирани от топлина от триене и охлаждане от промивни течности. Полученото ударно натоварване и остатъчното напрежение водят до отлепване на диамантения слой от карбидната матрица, което в крайна сметка води до повреда на свредлото. За да се смекчи разслояването, от съществено значение е да се изберат подходящи свързващи материали и технологии за обработка, които се справят с остатъчното напрежение между тези два компонента по време на производството. Освен това, проектирането на нова интерфейсна форма за матрицата може да подобри свойствата на свързване между диамантения слой и матрицата от циментиран карбид.

1.2 Повредата на корпуса на свредлото се характеризира главно с фрактури на острието в тялото на свредлото, както е показано на фигура 4.

 

Счупването на острието на тялото на накрайника се случва най-вече в накрайника на тялото, а накрайника на стоманеното тяло рядко се случва. Причините за счупването на острието на тялото на накрайника са следните: ① Удряне на острието на тялото на накрайника при развиване на тялото на накрайника, тъй като короната на тялото на накрайника е синтерована чрез процес на прахова металургия едновременно. в сравнение с обикновения бит със стоманено тяло. накрайникът на тялото на бита има по-висока устойчивост на износване. но здравината на материала на тялото е съответно намалена и е лесно да се счупи острието на тялото на накрайника при развиване на тялото на накрайника; ② Контролът на процеса на синтероване на битовете не е строг. и синтерованото тяло на бита е увличане и металният прах не успява да образува сплав. За да се избегне счупването на острието. Потребителят трябва да използва инструменти като зъболекарски клещи, за да подпомогне скобата при развиване на свредлото. така че да се избегне почукване на острието; Второ. производителите трябва стриктно да контролират качеството на синтерованото тяло. не само за строг контрол на процеса на синтероване. но също така и за наблюдение на металния прах от време на време, за да се гарантира, че прахът отговаря на изискванията на процеса.

2. Оптимизиран дизайн и разумен избор на PDC бит за копаене

2.1 Оптимизиран дизайн на свредло

(1) За формата на повреда на свредлото е необходимо да се оптимизира неговата структура от дизайна на свредлото. Основните конструктивни параметри на PDC бита включват ъгъл на рязане α. страничен ъгъл β. азимут Ъгъл γ. и т.н. γ се отнася до ъгъла между референтната линия на ориентацията на PDC зъбите и централната линия на бита. α се отнася до ъгъла между ориентировъчната референтна линия на PDC зъба и работната равнина на фрезата. както е показано на фигура 5. β се отнася до ъгъла между равнината през централната точка и централната линия на свредлото и работната равнина на фрезата. както е показано на фигура 6. Предварителните изследвания и цялостният анализ на приложението показват, че ъгълът на рязане и страничният ъгъл на фрезите PDC могат пряко да повлияят на живота и ефективността на пробиване на свредлото. и е необходимо да се оптимизира дизайнът на бита според различните сондажни формации. Дизайнът на ъгъла на рязане ще повлияе значително на ефективността на пробиване. или дори никакви кадри; Ако ъгълът на рязане е твърде малък. режещият ръб на PDC е склонен към счупване и други явления. Следователно. дизайнът на свредлото трябва да се разглежда изчерпателно, когато се избира схемата на параметрите, като се избира умерен ъгъл на рязане и страничен ъгъл, а не случаен дизайн.

(2) В допълнение към оптимизирането на ъгъла на рязане на свредлото е от съществено значение да се оптимизират и PDC фрезите. Качеството на PDC фрезите значително влияе при копаене на PDC свредла, тъй като пряко определя тяхната производителност и продължителност на живот. Критичен фактор за подобряване на качеството на PDC е елиминирането на остатъчното напрежение на свързващата повърхност между диамантения слой и матрицата от циментиран карбид. Изследванията показват, че максималното напрежение в PDC фрези с планарна интерфейсна структура е концентрирано близо до двете страни на този интерфейс, като пиковите напрежения на опън и срязване се появяват по ръба на диамантения слой. Наличието на напрежение на опън може да доведе до необичайни фрактури в PDC, докато напрежението на срязване служи като основна причина за разслояване в PDC ножовете.

(3) В допълнение към елиминирането на остатъчното напрежение в PDC фрезите, вторичните обработки могат допълнително да подобрят тяхното качество. Понастоящем основните методи за повърхностна обработка включват диамантено повърхностно шлайфане, скосяване на ръбове и профилирана обработка. Изборът на PDC ножове може да бъде оптимизиран въз основа на действителните работни условия.

2.2 Разумен избор на свредла

Понастоящем PDC свредлата, използвани при операции по пробиване на дупки в повечето минни райони, имат предимно трикрил вдлъбнат дизайн. Изборът на тези битове обаче често е ограничен и липсва класификация, което води до универсален подход, който не отговаря адекватно на специфичните изисквания на различните слоеве. Това е особено проблематично при сложни условия на образуване, където конвенционалните вдлъбнати свредла се борят да осигурят задоволителна производителност, което води до скъсен живот на свредлото и намалена ефективност на пробиване. Такава неефективност не само ескалира производствените разходи, но също така може да наруши графиците за строителство и да доведе до значителни икономически загуби. Ето защо е от съществено значение да изберете подходящи свредла, съобразени с различните условия на образуване.

Добивните PDC битове могат да бъдат категоризирани в два основни типа въз основа на материала на корпуса на битовете: тип стомана и тип гума. Корпусите на свредлата от стоманен тип се обработват предимно чрез механични методи, осигуряващи добра издръжливост, което ги прави подходящи за конвенционални операции по сондиране на формации. За разлика от тях, телата на свредлата от типа на гумата се синтероват чрез процеси на прахова металургия, предлагайки висока устойчивост на износване, идеална за пробиване на твърди скали или разширени задачи за сондиране. Освен това свредлата могат да бъдат класифицирани в различни структури, включително вътрешна вдлъбната, дъгообразен ъгъл, плоско дъно, скрепер и други, както е показано на Фигура 7. ①Дизайнът на вдлъбнатата структура на вдлъбнатото свредло подобрява ефектите на изправяне по време на конвенционалната конструкция на формация; ②Разпръснатото разположение на зъбите на дъговата корона води до по-висока плътност на зъбите и подобрена ефективност на пробиване при работа със средно твърди пластове и повече; ③Формата на устната на свредлото с плоско дъно е почти плоска, което изостря страничните му ръбове, за да улесни изкривяването—този дизайн се използва предимно за приложения за насочено пробиване; ④Скреперното свредло обикновено има конична структура, която осигурява по-голяма агресивност и се използва главно в меки слоеве или конструкции на въглищни пластове.

Настоящите PDC битове за копаене са обобщени и организирани, заедно с критериите за избор на PDC битове при различни условия на работа и формиране, както е представено в таблица 1 за справка.

3. Използването на предпазни мерки за PDC битове за копаене

В допълнение към внимателното подбиране на свредлата, също толкова важно е правилното използване на тези инструменти. Като се имат предвид трудните строителни условия във въглищните мини, работниците често се борят да се придържат стриктно към оперативните указания на PDC битовете, което води до чести случаи на отказ на битове поради неправилно боравене. В опит да се подобри ефективността на сондажите, някои зони за добив могат да увеличат безразборно теглото на свредлото по време на операции, което води до преждевременна повреда на свредлото. Правилното използване на PDC битове може да оптимизира тяхната производителност и да намали производствените разходи. Трябва да се обърне внимание на следните съображения, когато се използват PDC битове:

(1) Обърнете внимание на съотношението между PDC свредлото и бормашината, като се уверите, че сондажната тръба с голям диаметър не е съчетана със сондажна тръба с твърде малък диаметър, а сондажната тръба с малък диаметър не е съчетана със свредло с голям диаметър.

(2) Оптималният подход е да се използва специализирано свредло за дупки или остаряло свредло за изграждане на гнезда, като същевременно се гарантира, че процесът на пробиване избягва близостта на болтове отстрани на платното, анкерни кабели и подобни препятствия.

(3) При извършване на сондажни операции е важно да се регулира захранващото налягане, за да се предотвратят злополуки, причинени от прекомерно високо налягане в сондажа.

(4) Моля, използвайте техниката за пробиване с чиста вода, като се въздържате от сухо пробиване или пробиване с въздух под налягане. Преди да започнете операции по пробиване под налягане, осигурете правилна циркулация на водата в отвора, за да предотвратите потенциални инциденти с изгаряне в основата му.

(5) Когато отстранявате накрайника, внимавайте да избегнете затягане или удряне на PDC ножа. Освен това внимавайте да не ударите острието на тялото на свредлото.

4. Заключение

Безопасният и ефикасен зелен добив на въглища винаги е бил централна тема, защитавана от въгледобивната промишленост. Ефективното използване на PDC свредла за подземни сондажни операции във въглищни мини има голямо значение. Тази статия анализира режимите на повреда при копаене на PDC битове, като изяснява основните причини зад различните форми на повреда. Той предлага оптимални стратегии за проектиране и избор на битове при различни работни условия и геоложки образувания, като същевременно обобщава предпазните мерки за тяхното използване, като по този начин предоставя справка за подобрен избор и приложение на минни PDC битове. Разумният подбор и правилното използване на минни PDC битове може да увеличи максимално тяхната ефективност, да минимизира загубата на ресурси и да подобри безопасността, ефективността и екологичните практики при въгледобива.