Selezione ottimale di bit PDC per a minera di carbone

A custruzzione di u pozzu hè un metudu tecnicu largamente utilizatu per u cuntrollu di gasu, a prevenzione di danni di l'acqua è l'esplorazione geologica in miniere di carbone, chì ghjoca un rolu cruciale per assicurà a sicurezza è l'efficienza di a produzzione di carbone. In Cina, decine di milioni di metri di fori di perforazione sò creati annu in mine di carbone. U prucessu di custruzzione richiede u supportu di l'equipaggiu di perforazione, cum'è trapani, tubi di perforazione, è drill bits. Frà elli, i trapani sò arnesi essenziali per furmà direttamente i buchi è rompe e rocce.

A foglia composita di diamanti cristallini Poly (PDC) hè largamente utilizata in i fori minieri per via di a so eccezziunale resistenza à l'usura è di una lodevule resistenza à l'impattu.bit PDCmostra una vita di perforazione prolungata è una efficienza di penetrazione elevata quandu impiegata in formazioni rocciose di durezza media è bassa, rendendu cusì benefici ecunomichi sustinibili in operazioni di perforazione di miniera di carbone. In paragone à a perforazione di petroliu, a perforazione di a minera di carbone pussede l'attributi tecnichi di esse rentabile, efficiente in u tempu, è densamente cuncepitu.

E sfide attuali affrontate in a minerabit PDCinclude: ①U sogliu di entrata per i bits PDC minieri hè relativamente bassu, cù una multitùdine di fabricatori chì offrenu varii livelli di qualità. ②L'usi è i bisogni di a perforazione sotterranea in i minieri di carbone mostranu disparità evidenti, mentre chì a classificazione di i bit PDC minieri hè intricata è diversa. Inoltre, ci hè una mancanza di specificazioni di selezzione sistematica è raziunale in u prucessu d'utilizazione sussegwenti.③Cù a prevalenza crescente di strati duri cumplessi in miniere di carbone, i bit PDC minieri convenzionali ùn riescenu à risponde à i requisiti di custruzzione per una perforazione efficiente in situ, risultatu in casi di prugressu lento o ancu mancanza completa di filmati. prucedure da u persunale di custruzzione pò esse à volte difficili.

Per rinfurzà l'efficacità operativa di a minerabit PDC, stu documentu furnisce un analisi cumpletu di i modi di fallimentu primariu è investiga i causi sottostanti per ogni forma di fallimentu. Inoltre, cunsiglii pratichi sò pruposti per a selezzione prudente è l'utilizazione attenta di sti bits.

1.Analysis di a Forma è Cause di PDC Bit Failure in Mining

Attualmente, i cumpunenti di i bits PDC minieri sò principarmenti custituiti da u corpu di bit, cutters PDC, alleati di gauge, è altre parti cum'è illustratu in a Figura 1. I cutters PDC è l'alliati di gauge sò brazed nantu à u corpu di bit per assicurà a so attache sicura. Durante l'operazione di perforazione regulare, a barra di perforazione trasmette u torque è a pressione di l'alimentazione à u fondu di u foru induve s'impegna cù a punta di perforazione. U prucessu di taglio di a roccia hè realizatu per mezu di l'utilizazione di cutters PDC nantu à u drill bit. Inoltre, l'alea di calibre salvaguarda contru l'usura eccessiva pruteggendu l'integrità circunferenziale di u corpu di u bit. Tuttavia, deve esse nutatu chì diversi fattori, cum'è e forze cumplesse esercitate nantu à u cutter in u fondu di u foru durante u tagliu di roccia cù un bit PDC, cambiamenti in e caratteristiche di furmazione, selezzione di tecniche è equipaghji di custruzzione, capacità operativa di u persunale implicatu in attività di custruzzione inseme cù misure di cuntrollu di qualità per i pezzi stessi ponu impactà significativamente l'efficacità di l'applicazione chì porta à diverse forme di fallimentu per questi bit. Attraversu una investigazione realizata in i siti di perforazione di a miniera di carbone, avemu riassuntu è analizatu diversi modi di fallimentu è e cause primarie assuciate cùbit PDC.

1.1 U fallimentu di u cutter PDC si verifica quandu u PDC hè sinterizatu in cundizioni d'alta temperatura è alta pressione. U fogliu cumpostu hè custituitu da dui cumpunenti principali: una capa di diamante è una matrice di carburu, cum'è illustratu in a Figura 2.

I modi di fallimentu primariu di i cutters PDC includenu usu normale, sfaldamentu, colapsu di lama è delaminazione.

(1) Usura regulare

U fenomenu di usu normale hè un tipu di dannu tipicu chì si trova in i cutters PDC durante u prucessu di taglio di roccia, principalmente carattarizatu da una significativa perdita di macinazione macroscòpica sia in a strata di diamante sia in a matrice di carburu cementatu di i cutters, senza alcuna traccia apparente di cracking in a superficia di macinazione.

(2) Chip drop

U fenomenu di a goccia di chip si verifica quandu i cutters PDC si staccanu da u corpu di u bit, risultatu in un fallimentu di u bit. A caratteristica più prominente hè a separazione cumpleta di i cutters PDC da u corpu di u bit, senza residuu di lega chì si trova in a fossa induve a saldatura trà u corpu di bit è i cutters PDC si trova.

Fattori primari chì cuntribuiscenu à a decadenza di a caduta di film:

① A temperatura elevata in u fondu di u foru porta à sfide in a tecnulugia di custruzzione di perforazione secca o a furmazione di tappi d'acqua durante u prucessu di perforazione, mentre chì impediscenu ancu u rinfrescante puntuale di i cutters PDC nantu à a perforazione durante u tagliu rotativu di roccia à alta velocità. In cunseguenza, ci hè una crescita significativa di a temperatura à u fondu di u pirtusu, chì pò superà a temperatura critica di saldatura è risultatu in a fusione di saldatura è u distaccu sussegwenti di i cutters PDC.

② U cuntrollu di u prucessu di saldatura di perforazione ùn hè micca abbastanza strettu. In a prucedura di saldatura, ci hè una mancanza di pulizia curretta prima di a saldatura, saldature difettose o gestione inadeguata di gas di scarico, è una temperatura di conservazione di calore irragionevule o tempu insufficiente dopu a saldatura, tutti chì ponu risultatu in un distaccu di bit. In più di i pruduttori esigenti à regulà strettamente u prucessu di pruduzzione (in particulare u prucessu di saldatura di cutter PDC) per assicurà saldature cumplette è solide, hè ancu necessariu di chjarificà a prucedura di custruzzione di perforazione optendu per a perforazione d'acqua ogni volta chì hè pussibule è evitendu a custruzzione di perforazione secca. Per a perforazione prufonda, deve esse assicuratu chì l'acqua torna prima di aghjunghje a perforazione di barra. Inoltre, ogni volta prima di inserisce u trapanu in u fondu di u pirtusu, hè essenziale per verificà s'ellu ci sò ostaculi per prevene u bloccu.

(3) Ruttura di lama

A frattura di a strata di diamante in cutters PDC rapprisenta un modu prevalenti di fallimentu perbit PDC. Una caratteristica di stu modu di fallimentu hè a ruptura localizzata di a strata di diamante, cù certi casi chì risultatu in una rottura simultanea à fiancu à a matrice di carburu.

E cause principali di a rottura di bit PDC:

① U cutter sceltu basatu nantu à e caratteristiche inerenti di u cutter PDC mostra una bassa resistenza à l'impattu. A forza cumminata di u carburu di tungstenu (WC) è u micro-powder di diamante hè insufficiente, facendu propensu à fallimentu sottu u stress di a frammentazione di roccia;

② Fattori ligati à u prucessu di custruzzione indicanu chì a pressione di a custruzione in situ hè eccessivamente alta. A pressione esercitata da u cutter PDC nantu à u bit supera significativamente u limitu di pressione di u cutter, purtendu à spalling di a strata di diamante è u colapsu sussegwenti di u tagliu.

③ Fattori ligati à e furmazioni cumplessi indicanu chì durante a custruzzione di formazioni dure è fratturate, a carica d'impattu nantu à i cutters PDC supera a so durezza di l'impattu, chì pò purtà à u colapsu di u tagliu di punta.

④ U disignu di l'angolo di taglio di bit hè inadegwatu, postu chì ùn aderisce micca à u principiu chì una furmazione più dura necessita un angolo di taglio più grande. In a custruzzione di furmazioni duru, un angolo di tagliu più chjucu pò esse risultatu in una forza eccessiva nantu à u cutter PDC, in ultimamente chì porta à u colapsu di u tagliu.

⑤ Altri fattori indicanu chì a disposizione di bulloni di supportu è cavi d'ancora in e strade sotterranee rende assai suscettibile à u drill bit di colapsà dopu à scontru questi elementi. Per prevene u fallimentu di u bit, hè essenziale micca solu per aderisce strettamente à i paràmetri di u prucessu delineati in u manuale di struzzioni di perforazione, ma ancu di cuncepisce è selezziunà a perforazione in basa di e cundizioni di furmazione. In particulare, quandu si perfora in formazioni duri, hè cunsigliu per aumentà l'angolo di tagliu di u bit in modu adattatu, riduce a so aggressività è rinfurzà a prutezzione di u bit. Inoltre, a selezzione di cutters PDC cù una durezza d'impattu più altu hè cunsigliatu quandu si perforanu formazioni dure fratturate o mudificà a forma esterna di a capa di diamante di u cutter per migliurà a tenacità di l'impattu; per esempiu, i cutters PDC curve in generale mostranu una resistenza à l'impattu megliu cà i tipi piani. Inoltre, un layout raghjone di buchi durante a custruzzione deve esse implementatu per evità di perforazione in bulloni è cavi di ancora.

(4) Delaminazione

A delaminazione si riferisce à u distaccu di a strata di diamante da a matrice di carburu cementatu in fogli compositi PDC, cum'è illustratu in a Figura 3.

A causa primaria di delaminazione in a capa di diamante di i cutters PDC hè u stress residuale sustanziale presente trà a capa di diamante è a matrice di carburu cementatu, accumpagnata da una diferenza significativa in i so coefficienti di espansione termica. Durante u tagliu di roccia, a strata di diamante è a matrice di carburu cementatu sperimentanu una contrazione asincrona per via di stress termichi generati da u calore di attritu è ​​u rinfrescante da i fluidi di lavaggio. A carica d'impattu risultante è u stress residuale portanu à a sbucciatura di a strata di diamante da a matrice di carburu, risultatu in fine in un fallimentu di a fresa. Per mitigà a delaminazione, hè essenziale selezziunà i materiali di ligame adattati è e tecnulugie di trasfurmazioni chì indirizzanu u stress residuale trà questi dui cumpunenti durante a fabricazione. Inoltre, cuncepimentu di una nova forma di interfaccia per a matrice pò rinfurzà e proprietà di ligame trà a capa di diamante è a matrice di carburu cementatu.

1.2 A fallimentu di u corpu di perforazione hè principalmente carattarizatu da fratture di lame in u corpu di perforazione, cum'è illustratu in a Figura 4.

 

A frattura di a lama di u corpu di bit si trova soprattuttu in u bit di u corpu è u bit di u corpu d'acciaio raramente si trova. I mutivi di a frattura di a lama di u corpu di u bit sò i seguenti: ① Striking the blade of the bit body when unscrewing the bit body because the curuna di u bit body hè sinterizzata da u prucessu di metallurgia di polveri in un tempu. paragunatu cù u bit di corpu azzaru ordinariu. u bit body bit hà una resistenza à l'usura più altu. ma a tenacità di u materiale di u corpu hè ridutta in modu currispundente è hè faciule per rumpia a lama di u corpu di u bit quandu sguassate u corpu di u bit; ② U cuntrollu di u prucessu di sinterizzazione di bit ùn hè micca strettu. è u corpu di bit sinterizzatu hè intruduciutu è u polveru di metallu ùn riesce à furmà un alloy.In order to avoid the blade breaking. l'utilizatore avia megliu aduprà strumenti cum'è pinze dentali per aiutà u grillu quandu svita u trapanu. per evità di battizà a lama; Siconda. i pruduttori anu da cuntrullà strettamente a qualità di u corpu sinterizatu. micca solu per cuntrullà strettamente u prucessu di sinterizzazione. ma ancu di monitorà u polveru di metallu da u tempu à u tempu per assicurà chì u polveru risponde à i bisogni di u prucessu.

2. Disegnu Optimized è Selezzione raghjone di Mining PDC Bit

2.1 Disegnu d'ottimisazione di u drill bit

(1) Per a forma di fallimentu di u bit, hè necessariu ottimisà a so struttura da u disignu di drill. I principali paràmetri di cuncepimentu di u bit PDC includenu l'angolo di taglio α. Angle de côté β. Angle d'azimut γ. etc. γ si rifiriscinu à u Angle trà a linea di riferimentu orientazione di i denti PDC è a linea centru di u bit. α si riferisce à l'Angulu trà a linea di riferimentu d'orientazione di u dente PDC è u pianu di travagliu di u cutter. cum'è mostra in a Figura 5. β si riferisce à l'Angulu trà u pianu à traversu u puntu centru è a linea di centru di u bit è u pianu di travagliu di u cutter. cum'è mostra in a figura 6. A ricerca preliminari è l'analisi cumpleta di l'applicazioni mostranu chì l'Angle di taglio è l'Angle laterale di i cutters PDC ponu affettà direttamente a vita è l'efficienza di perforazione di u bit. è hè necessariu ottimisà u disignu di u bit secondu e diverse formazioni di perforazione. U disignu di l'angolo di taglio affetterà assai l'efficienza di perforazione. o ancu micca filmati in tuttu; Sè u taglio Angle hè troppu picculu. a punta di PDC hè propensu à a rottura è altri fenomeni. Dunque. u disignu di drill deve esse cunsideratu cumpletamenti quandu selezziunà u schema paràmetru scegliendu un Angulu di taglio moderatu è Angle latu piuttostu cà disignu casuale.

(2) In più di ottimisà l'angolo di taglio di u bit, hè essenziale per ottimisà ancu i cutters PDC. A qualità di i cutters PDC influenza significativamente i bit PDC minieri, postu chì determina direttamente a so prestazione di taglio è a durata di vita. Un fattore criticu per rinfurzà a qualità di PDC hè l'eliminazione di u stress residuale à l'interfaccia di ligame trà a capa di diamante è a matrice di carburu cementatu. A ricerca indica chì a tensione massima in i cutters PDC cù una struttura di interfaccia piana hè cuncentrata vicinu à i dui lati di questa interfaccia, cù i picchi di tensione è di taglioli chì si trovanu à u bordu di a capa di diamante. A prisenza di tensione di tensione pò purtà à fratture anormali in PDC, mentre chì u stress di cisura serve com'è causa primaria per delamination in cutters PDC.

(3) In più di l'eliminazione di u stress residuale in i cutters PDC, i trattamenti secundarii ponu più rinfurzà a so qualità. Attualmente, i metudi primari di trattamentu di a superficia includenu a rettifica di a superficia di diamante, a smussatura di i bordi è a lavorazione di forma. A selezzione di cutters PDC pò esse ottimizzata basatu annantu à e cundizioni di travagliu reali.

2.2 Selezzione raghjone di drill bits

Attualmente, i bit PDC utilizati in operazioni di perforazione in a fossa in a maiò parte di e zone minerarie presentanu principarmenti un disignu concavu di trè ali. In ogni casu, a selezzione di sti bits hè spessu limitata è ùn manca di classificazione, risultatu in un approcciu one-size-fits-all chì ùn risponde micca bè i bisogni specifichi di diversi strati. Questu hè particularmente problematicu in cundizioni di furmazione cumplesse, induve i pezzi cuncavi cunvinziunali luttanu per furnisce un rendimentu satisfacente, purtendu à una vita di bit accurtata è una efficienza di perforazione ridotta. Tali inefficienze ùn solu aumentanu i costi di produzzione, ma ponu ancu disturbà i calendari di custruzzione è incurrenu perdite ecunomiche significative. Dunque, hè essenziale per selezziunà i fori adattati adattati à e diverse cundizioni di furmazione.

Mining bits PDC pò esse categurizatu in dui tipi principali basatu annantu à u materiale di u corpu di bit: tipu d'acciaio è tipu di pneumatici. I corpi di bit di tippu d'acciaio sò principarmenti trattati per metudi meccanichi, chì furnisce una bona tenacità chì li rende adattati per operazioni di perforazione di furmazione cunvinziunali. In cuntrastu, i corpi di bit di pneumatici sò sinterizzati cù prucessi di metallurgia di polveri, chì offrenu una alta resistenza à l'usura ideale per a perforazione di roccia dura o travaglii di perforazione estesi. In più, drill bits pò esse classificatu in diverse strutture, cumpresi cuncave internu, arc corner, fondu flat, scraper, è altri, cum'è illustratu in a figura 7. ①U disignu di struttura cuncave di u bit cuncave prumove l'effetti straightening durante a custruzzione di furmazione cunvinziunali; ②L'arrangiamentu di i denti dispersi di u bit d'arcu si traduce in una densità di denti più alta è una efficienza di perforazione mejorata quandu si travaglia cù strati mediu-duru è sopra; ③A forma di labbra di u bit à fondu pianu hè quasi piatta, chì affila i so bordi laterali per facilità l'inclinazione - stu disignu hè principarmenti utilizatu per l'applicazioni di perforazione direzionale; ④U scraper bit tipicamente presenta una struttura cònica chì furnisce una aggressività più grande è hè principalmente impiegata in strati morbidi o custruzzioni di cucitura di carbone.

I bits PDC minieri attuali sò stati riassunti è urganizati, cù i criterii di selezzione per i bit PDC in diverse cundizioni di travagliu è di furmazione, cum'è prisentatu in a Tabella 1 per riferimentu.

3. L'usu di Mining PDC Bit Precautions

In più di selezziunà currettamente i drill bits, hè ugualmente cruciale per utilizà bè questi strumenti. In vista di e cundizioni di custruzzione difficili in i minieri di carbone, i travagliadori spessu si luttanu per aderisce strettamente à e linee operative di u bit PDC, risultatu in casi frequenti di fallimentu di bit per via di una manipulazione impropria. In un sforzu di rinfurzà l'efficienza di perforazione, alcune zone minerarie ponu aumentà indiscriminatamente u pesu di u bit durante l'operazioni, purtendu à un fallimentu prematuru di u bit. Utilizà currettamente i bit PDC pò ottimisà u so rendimentu è riduce i costi di produzzione. L'attenzione deve esse datu à e seguenti considerazioni quandu utilizate bit PDC:

(1) Prestate attenzione à a relazione di graduazione trà u PDC bit è u drill tool, assicurendu chì u drill pipe di grande diametru ùn hè micca assuciatu cù u drill pipe di diametru troppu chjucu, è u drill pipe di diametru chjucu ùn hè micca cumminatu cù un drill bit di grande diametru.

(2) L'approcciu ottimale hè di utilizà un drillu specializatu o un drill bit invechjatu per a custruzzione di nidi, mentre chì assicurendu chì u prucessu di perforazione evita a vicinanza di bulloni laterali di corsia, cavi di ancora, è ostaculi simili.

(3) Quandu si facenu operazioni di perforazione, hè essenziale per regulà a pressione di l'alimentazione per prevene accidenti causati da una pressione eccessiva in u foru.

(4) Per piacè aduprate a tecnica di perforazione di l'acqua pulita, evitendu a perforazione secca o a perforazione di l'aria di pressione. Prima di inizià l'operazione di perforazione di pressione, assicuratevi di una circulazione d'acqua curretta in u foru per prevene eventuali incidenti di combustione à a so basa.

(5) Quandu sguassate u bit, assicuratevi di evità di chjappà o colpisce u cutter PDC. Inoltre, fate attenzione à ùn colpisce micca a lama di u corpu di u bit.

4. Cunclusioni

A minera verde sicura è efficiente di carbone hè sempre stata un tema centrale favuritu da l'industria di carbone. L'utilizazione efficace di bit PDC per operazioni di perforazione sotterranea in miniere di carbone hè impurtante. Stu documentu analizà i modi di fallimentu di minieri PDC bits, elucidating i causi primariu daretu à vari formi fallimentu. Propone strategie ottimali di cuncepimentu è selezzione per i bits in diverse cundizioni di travagliu è formazioni geologiche, mentre riassume e precauzioni per u so usu, furnisce cusì un riferimentu per a selezzione è l'applicazione mejorata di i bit PDC minieri. A selezzione ghjudiziata è l'utilizazione curretta di i bits PDC minieri ponu maximizà a so efficacità, minimizzà i rifiuti di risorse, è rinfurzà a sicurezza, l'efficienza è e pratiche ecologiche in a minera di carbone.