Optimalan izbor PDC bitova za eksploataciju uglja
Izgradnja bušotina je široko rasprostranjena tehnička metoda za kontrolu gasa, sprečavanje oštećenja vode i geološka istraživanja u rudnicima uglja, koja igra ključnu ulogu u osiguravanju sigurnosti i efikasnosti proizvodnje uglja. U Kini se godišnje u rudnicima uglja stvaraju desetine miliona metara bušotina. Proces izgradnje zahtijeva podršku opreme za bušenje kao što su bušilice, bušaće cijevi i svrdla. Među njima, bušilice su osnovni alati za direktno formiranje rupa i razbijanje kamenja.
Polikristalni dijamantski kompozitni lim (PDC) se uveliko koristi u rudarskim burgijama zbog svoje izuzetne otpornosti na habanje i hvale vrijedne udarne žilavosti.PDC bitovipokazuju produženi životni vek bušenja i povećanu efikasnost penetracije kada se koriste u srednje tvrdim i nižim formacijama stena, čime se donose značajne ekonomske koristi u operacijama bušenja u rudniku uglja. U poređenju sa bušenjem nafte, bušenje uglja ima tehničke atribute da je isplativo, vremenski efikasno, a sveukupni zahtevi za gusto DC bit nisu projektovani. zahtjevan.
Trenutni izazovi sa kojima se suočava rudarstvoPDC bitoviuključuju: ①Ulazni prag za rudarenje PDC bitova je relativno nizak, sa mnoštvom proizvođača koji nude različite nivoe kvaliteta. ②Upotrebe i zahtjevi podzemnog bušenja u rudnicima uglja pokazuju evidentne disparitete, dok je klasifikacija rudarskih PDC bitova zamršena i raznolika. Nadalje, postoji nedostatak sistematskih i racionalnih selekcijskih specifikacija u naknadnom procesu korištenja.③S obzirom na sve veću zastupljenost složenih tvrdih slojeva u rudnicima uglja, konvencionalna rudarska PDC svrdla ne ispunjavaju zahtjeve konstrukcije za efikasno bušenje na licu mjesta, što dovodi do slučajeva sporog napredovanja ili čak potpunog nedostatka snimka.④Zbog uslova izgradnje dovode do zaoštrenih uslova izgradnje u oglasu. procedure bušenja od strane građevinskog osoblja ponekad mogu biti teške.
Kako bi se poboljšala operativna efikasnost rudarstvaPDC bitovi, ovaj rad pruža sveobuhvatnu analizu primarnih načina kvara i istražuje osnovne uzroke za svaki oblik kvara. Osim toga, predložene su praktične preporuke za razborit odabir i pažljivo korištenje ovih bitova.
1.Analiza oblika i uzroka kvara PDC bitova u rudarstvu
Trenutno, komponente rudarskih PDC bitova se prvenstveno sastoje od tijela bita, PDC rezača, legura mjerača i drugih dijelova kao što je prikazano na slici 1. PDC rezači i legure za mjerenje su zalemljene na tijelo bita kako bi se osiguralo njihovo sigurno pričvršćivanje. Tokom redovnih operacija bušenja, šipka za bušenje prenosi obrtni moment i pritisak dovoda na dno rupe gde se zahvata sa svrdlom. Proces rezanja stijene se postiže korištenjem PDC rezača na burgiji. Dodatno, legure mjerača štite od prekomjernog habanja štiteći obodni integritet tijela nastavka. Međutim, treba napomenuti da različiti faktori kao što su složene sile koje djeluju na rezač na dnu rupe tijekom rezanja stijene PDC svrdlom, promjene u karakteristikama formacije, odabir građevinskih tehnika i opreme, operativna osposobljenost osoblja uključenog u građevinske aktivnosti, zajedno s mjerama kontrole kvaliteta samih svrdla, mogu značajno utjecati na efikasnost primjene što dovodi do različitih oblika kvara ovih svrdla. Kroz istraživanje sprovedeno na lokacijama za bušenje rudnika uglja, saželi smo i analizirali različite načine kvara i primarne uzroke povezane saPDC bitovi.
1.1 Kvar PDC rezača nastaje kada se PDC sinteruje pod uslovima visoke temperature i visokog pritiska. Kompozitni lim se sastoji od dvije glavne komponente: dijamantskog sloja i karbidne matrice, kao što je prikazano na slici 2.
Primarni načini kvara PDC rezača uključuju normalno habanje, ljuštenje, kolaps oštrice i delaminaciju.
(1) Redovno habanje
Fenomen normalnog habanja je tip tipičnog oštećenja do kojeg dolazi kod PDC rezača tokom procesa rezanja stijene, prvenstveno karakteriziranog značajnim makroskopskim gubitkom brušenja kako u dijamantskom sloju tako iu cementiranoj karbidnoj matrici rezača, bez ikakvih vidljivih tragova pucanja na površini brušenja.
(2) Pad čipa
Fenomen pada strugotine nastaje kada se PDC sekači odvoje od tijela bita, što dovodi do kvara bita. Najistaknutija karakteristika je potpuno odvajanje PDC glodala od tijela nastavka, bez ostatka legure u jami gdje se odvija zavarivanje između tijela glodala i PDC rezača.
Primarni faktori koji doprinose opadanju filma koji pada:
① Povišena temperatura na dnu bušotine dovodi do izazova u tehnologiji suhog bušenja ili formiranja vodenog čepa tokom procesa bušenja, dok također ometa pravovremeno hlađenje PDC glodala na bušotini tokom brzog rotacionog sečenja stijene. Posljedično, dolazi do značajnog porasta temperature na dnu rupe, što može premašiti kritičnu temperaturu lema i rezultirati topljenjem lema i naknadnim odvajanjem PDC rezača.
② Kontrola procesa zavarivanja bušilice nije dovoljno stroga. U postupku zavarivanja postoji nedostatak pravilnog čišćenja prije zavarivanja, neispravni zavari ili neadekvatno upravljanje ispušnim plinovima, te nerazumna temperatura očuvanja topline ili nedovoljno vrijeme nakon zavarivanja, što sve može dovesti do odvajanja nastavka. Osim što proizvođači zahtijevaju da striktno reguliraju proces proizvodnje (posebno postupak zavarivanja PDC rezačem) kako bi se osigurali potpuni i čvrsti zavari, potrebno je pojasniti i proceduru izgradnje bušenja tako što će se, kad god je to moguće, odlučiti za bušenje na vodu i izbjegavajući suhu konstrukciju bušenja. Za dubinsko bušenje rupa, potrebno je osigurati da se voda vrati prije dodavanja bušenja šipkom. Dodatno, svaki put prije umetanja bušilice u dno rupe, bitno je provjeriti ima li prepreka kako bi se spriječilo začepljenje.
(3) Lomljenje oštrice
Lom dijamantskog sloja kod PDC rezača predstavlja preovlađujući način kvara zaPDC bitovi. Karakteristična karakteristika ovog načina kvara je lokalizirana ruptura dijamantskog sloja, s nekim slučajevima koji rezultiraju istovremenim lomljenjem uz karbidnu matricu.
Glavni uzroci loma PDC bitova:
① Rezač odabran na osnovu svojstvenih karakteristika PDC rezača pokazuje nisku otpornost na udar. Kombinovana čvrstoća volfram karbida (WC) i dijamantskog mikro-praha je nedovoljna, što ga čini sklonim kvaru pod stresom fragmentacije stijene;
② Faktori vezani za proces izgradnje ukazuju na to da je građevinski pritisak na licu mjesta previsok. Pritisak koji vrši PDC rezač na burgiju značajno premašuje granicu pritiska rezača, što dovodi do lomljenja dijamantskog sloja i naknadnog kolapsa rezne ivice.
③ Faktori koji se odnose na složene formacije ukazuju na to da tokom izgradnje tvrdih, puknutih formacija, udarno opterećenje na PDC glodala prelazi njihovu udarnu žilavost, što može dovesti do kolapsa rezne ivice.
④ Dizajn ugla rezanja burgije je neadekvatan, jer se ne pridržava principa da tvrđe formacije zahtevaju veći ugao rezanja. U konstrukciji tvrdih formacija, manji ugao rezanja može rezultirati prekomjernom silom na PDC rezač, što u konačnici dovodi do kolapsa rezne ivice.
⑤ Drugi faktori ukazuju na to da raspored potpornih vijaka i sidrenih kablova u podzemnim putevima čini vrlo podložnim da se svrdlo sruši kada naiđe na ove elemente. Da bi se spriječio kvar svrdla, bitno je ne samo da se striktno pridržavate parametara procesa koji su navedeni u uputstvu za bušenje, već i dizajnirati i odabrati bušilicu na osnovu uvjeta formacije. Konkretno, kada se buši u tvrde formacije, preporučljivo je povećati ugao rezanja svrdla na odgovarajući način, smanjiti njegovu agresivnost i poboljšati zaštitu svrdla. Pored toga, preporučuje se odabir PDC glodala sa većom udarnom žilavošću kada se buši kroz tvrde pukotine ili modificira vanjski oblik dijamantskog sloja rezača kako bi se poboljšala udarna žilavost; na primjer, zakrivljeni PDC rezači općenito pokazuju bolju otpornost na udar od ravnih tipova. Nadalje, potrebno je primijeniti razuman raspored rupa tokom izgradnje kako bi se izbjeglo bušenje vijaka i sidrenih kablova.
(4) Delaminacija
Delaminacija se odnosi na odvajanje dijamantskog sloja od cementirane karbidne matrice u PDC kompozitnim pločama, kao što je ilustrovano na slici 3.
Primarni uzrok raslojavanja u dijamantskom sloju PDC rezača je značajno zaostalo naprezanje između dijamantskog sloja i cementirane karbidne matrice, zajedno sa značajnom razlikom u njihovim koeficijentima toplinskog širenja. Tokom rezanja stijene, dijamantski sloj i cementirana karbidna matrica doživljavaju asinhronu kontrakciju zbog toplinskih naprezanja uzrokovanih toplinom trenja i hlađenjem iz tekućina za pranje. Rezultirajuće udarno opterećenje i zaostalo naprezanje dovode do ljuštenja dijamantskog sloja od karbidne matrice, što u konačnici rezultira kvarom burgije. Da bi se ublažilo raslojavanje, bitno je odabrati odgovarajuće vezivne materijale i tehnologije obrade koje rješavaju zaostalo naprezanje između ove dvije komponente tokom proizvodnje. Dodatno, dizajniranje novog oblika interfejsa za matricu može poboljšati svojstva vezivanja između dijamantskog sloja i cementne karbidne matrice.
1.2 Otkazivanje tijela bušilice prvenstveno karakteriziraju lomovi oštrice u tijelu bušilice, kao što je prikazano na slici 4.
Lom oštrice tijela nastavka se uglavnom javlja u trupu, a čelično tijelo se rijetko događa. Uzroci loma oštrice tijela nastavka su sljedeći: ① Udaranje oštrice tijela nastavka prilikom odvrtanja tijela nastavka jer se kruna tijela nastavka istovremeno sinteruje postupkom metalurgije praha. u poređenju sa običnim čeličnim trupom. bit za tijelo ima veću otpornost na habanje. ali je žilavost materijala tijela shodno tome smanjena i lako je slomiti oštricu tijela nastavka prilikom odvrtanja tijela nastavka; ② Kontrola procesa sinterovanja bitova nije stroga. a sinterovano tijelo bita je uvučeno i metalni prah ne uspijeva formirati leguru. Da bi se izbjeglo lomljenje oštrice. korisnik je bolje koristio alate kao što su zubna kliješta za pomoć okovu pri odvrtanju bušilice. kako bi se izbjeglo udaranje oštrice; Drugo. proizvođači treba da strogo kontrolišu kvalitet sinterovanog tela. ne samo da striktno kontroliše proces sinterovanja. ali i za praćenje metalnog praha s vremena na vrijeme kako bi se osiguralo da prah ispunjava zahtjeve procesa.
2. Optimiziran dizajn i razuman izbor rudarskih PDC bit
2.1 Optimizacija dizajna burgije
(1) Za oblik loma svrdla potrebno je optimizirati njegovu strukturu prema projektu bušotine. Glavni parametri dizajna PDC bita uključuju ugao rezanja α. bočni ugao β. ugao azimuta γ. itd. γ se odnosi na ugao između orijentacijske referentne linije PDC zuba i središnje linije svrdla. α se odnosi na ugao između orijentacijske referentne linije PDC zuba i radne ravnine glodala. kao što je prikazano na slici 5. β se odnosi na ugao između ravnine koja prolazi kroz središnju tačku i središnje linije bita i radne ravni rezača. kao što je prikazano na slici 6. Preliminarno istraživanje i sveobuhvatna analiza primjene pokazuju da ugao rezanja i bočni ugao PDC glodala mogu direktno utjecati na vijek trajanja i efikasnost svrdla. te je potrebno optimizirati dizajn svrdla prema različitim formacijama bušenja. Dizajn ugla rezanja uvelike će uticati na efikasnost bušenja. ili čak bez snimka; Ako je ugao rezanja premali. PDC rezna ivica je sklona lomljenju i drugim pojavama. Stoga. dizajn burgije treba sveobuhvatno razmotriti pri odabiru šeme parametara odabirom umjerenog kuta rezanja i bočnog kuta umjesto nasumične izvedbe.
(2) Osim optimizacije ugla rezanja burgije, bitno je optimizirati i PDC glodala. Kvaliteta PDC rezača značajno utječe na rudarske PDC bitove, jer direktno određuje njihov učinak rezanja i vijek trajanja. Kritični faktor u poboljšanju kvaliteta PDC-a je eliminacija zaostalog naprezanja na veznoj granici između dijamantskog sloja i cementirane karbidne matrice. Istraživanja pokazuju da je maksimalni napon u PDC rezačima s planarnom strukturom sučelja koncentrisan blizu obje strane ovog interfejsa, pri čemu se vršna vlačna i posmična naprezanja javljaju na rubu dijamantskog sloja. Prisustvo vlačnog naprezanja može dovesti do abnormalnih lomova u PDC-u, dok posmično naprezanje služi kao primarni uzrok delaminacije u PDC rezačima.
(3) Osim eliminacije zaostalog naprezanja u PDC rezačima, sekundarni tretmani mogu dodatno poboljšati njihov kvalitet. Trenutno, primarne metode površinske obrade uključuju brušenje dijamantske površine, skošenje rubova i oblikovanu mašinsku obradu. Izbor PDC rezača može se optimizirati na osnovu stvarnih radnih uvjeta.
2.2 Razuman izbor burgija
Trenutno, PDC bitovi koji se koriste u operacijama bušenja u većini rudarskih područja uglavnom imaju konkavni dizajn sa tri krila. Međutim, izbor ovih bitova je često ograničen i nedostaje im klasifikacija, što rezultira pristupom koji odgovara svima koji ne zadovoljava na adekvatan način specifične zahtjeve različitih slojeva. Ovo je posebno problematično u složenim uvjetima formiranja, gdje se konvencionalna konkavna svrdla bore da isporuče zadovoljavajuće performanse, što dovodi do skraćenog vijeka trajanja svrdla i smanjene efikasnosti bušenja. Takva neefikasnost ne samo da povećava troškove proizvodnje, već može i poremetiti rasporede izgradnje i izazvati značajne ekonomske gubitke. Stoga je bitno odabrati odgovarajuća svrdla prilagođena različitim uvjetima formiranja.
Rudarski PDC bitovi se mogu kategorizirati u dva glavna tipa na osnovu materijala trupa: tip čelika i tip gume. Čelična tijela bitova prvenstveno se obrađuju mehaničkim metodama, osiguravajući dobru žilavost što ih čini pogodnim za konvencionalne operacije bušenja u formaciji. Nasuprot tome, tijela bitova tipa guma se sinteruju korištenjem procesa metalurgije praha, nudeći visoku otpornost na habanje idealnu za bušenje tvrdog kamena ili produžene zadatke bušenja. Dodatno, svrdla se mogu klasifikovati u različite strukture, uključujući unutrašnje udubljenje, lučni ugao, ravno dno, strugač i druge kao što je ilustrovano na slici 7. ①Konstrukcija konkavne strukture konkavnog svrdla poboljšava efekte ispravljanja tokom konvencionalne konstrukcije formacije; ②Raspoređeni raspored zubaca lučnog svrdla rezultira većom gustinom zuba i poboljšanom efikasnošću bušenja pri radu sa slojevima srednje tvrdoće i više; ③ Oblik usana burgije sa ravnim dnom je skoro ravan, što izoštrava njegove bočne ivice kako bi se olakšalo iskošenje—ovaj dizajn se pretežno koristi za aplikacije usmerenog bušenja; ④Strugalica tipično ima konusnu strukturu koja pruža veću agresivnost i uglavnom se koristi u konstrukcijama mekih slojeva ili ugljenih slojeva.
Trenutni rudarski PDC bitovi su sažeti i organizirani, zajedno sa kriterijima odabira za PDC bitove pod različitim radnim i formacijskim uvjetima, kao što je prikazano u Tabeli 1 za referencu.
3. Korištenje mjera opreza za mining PDC bit
Osim pažljivog odabira burgija, jednako je važno pravilno koristiti ove alate. S obzirom na izazovne uslove izgradnje u rudnicima uglja, radnici se često bore da se striktno pridržavaju operativnih smjernica PDC bitova, što dovodi do čestih slučajeva kvara bitova zbog nepravilnog rukovanja. U nastojanju da se poboljša efikasnost bušenja, neke oblasti rudarstva mogu neselektivno povećati težinu bitova tokom rada, što dovodi do prijevremenog kvara bitova. Ispravno korištenje PDC bitova može optimizirati njihove performanse i smanjiti troškove proizvodnje. Treba obratiti pažnju na sljedeća razmatranja kada koristite PDC bite:
(1) Obratite pažnju na odnos stepenovanja između PDC svrdla i alata za bušenje, osiguravajući da se bušaća cijev velikog promjera ne poklapa s bušaćom cijevi premalog promjera, a cijev za bušenje malog promjera ne bude usklađena sa bušaćim svrdlom velikog promjera.
(2) Optimalan pristup je korištenje specijalizirane bušilice za rupe ili ostarjelog svrdla za izgradnju gnijezda, uz osiguravanje da se procesom bušenja izbjegne blizina bočnih vijaka, sidrenih kablova i sličnih prepreka.
(3) Prilikom izvođenja operacija bušenja neophodno je regulisati dovodni pritisak kako bi se spriječile nezgode uzrokovane prevelikim pritiskom unutar bušotine.
(4) Molimo da koristite tehniku bušenja čiste vode, suzdržavajući se od suvog bušenja ili bušenja pod pritiskom. Prije započinjanja operacija bušenja pod pritiskom, osigurajte pravilnu cirkulaciju vode unutar rupe kako biste spriječili potencijalne incidente izgaranja u njenom dnu.
(5) Kada skidate bit, pazite da izbjegnete stezanje ili udarce u PDC rezač. Osim toga, budite oprezni da ne udarite u tijelo oštrice burgije.
4. Zaključak
Sigurna i efikasna zelena eksploatacija uglja je stalno bila centralna tema koju zagovara industrija uglja. Efikasno korištenje PDC svrdla za operacije podzemnog bušenja u rudnicima uglja ima značajnu važnost. Ovaj rad analizira načine kvara rudarenja PDC bitova, razjašnjavajući primarne uzroke različitih oblika kvarova. Predlaže optimalne strategije dizajna i odabira bitova u različitim radnim uslovima i geološkim formacijama, uz sumiranje mera predostrožnosti za njihovu upotrebu, dajući na taj način referencu za bolji izbor i primenu rudarskih PDC bitova. Razborit izbor i pravilno korišćenje rudarskih PDC bitova može maksimizirati njihovu efikasnost, minimizirati gubitak resursa i poboljšati sigurnost, efikasnost i ekološki prihvatljive prakse u rudarstvu uglja.