Optimalt udvalg af PDC-bits til kulminedrift

Borehulskonstruktion er en meget anvendt teknisk metode til gaskontrol, forebyggelse af vandskader og geologisk efterforskning i kulminer, som spiller en afgørende rolle for at sikre sikkerheden og effektiviteten af ​​kulproduktionen. I Kina bliver der årligt lavet titusinder af meter borehuller i kulminer. Byggeprocessen kræver støtte fra boreudstyr såsom bor, borerør og bor. Blandt dem er bor essentielle værktøjer til direkte at danne huller og bryde sten.

Den polykrystallinske diamantkompositplade (PDC) bruges i vid udstrækning til minedriftsbor på grund af dens exceptionelle slidstyrke og prisværdige slagstyrke.PDC bitsudviser forlænget borelevetid og øget gennemtrængningseffektivitet, når de anvendes i mellemhårde og lavere klippeformationer, hvilket giver betydelige økonomiske fordele ved kulmineboring. Sammenlignet med olieboring har kulmineboring de tekniske egenskaber, at de er omkostningseffektive, tidseffektive, og de overordnede krav til PDC er derfor ikke overdrevent udformede. krævende.

De nuværende udfordringer inden for minedriftPDC bitsomfatter: ① Indgangstærsklen for minedrift af PDC-bits er relativt lav, med et væld af producenter, der tilbyder varierende kvalitetsniveauer. ②Anvendelser og krav til underjordisk boring i kulminer udviser tydelige forskelle, mens klassificeringen af ​​minedrift PDC-bits er indviklet og forskelligartet. Ydermere mangler der systematiske og rationelle udvælgelsesspecifikationer i den efterfølgende udnyttelsesproces.③Med den stigende udbredelse af komplekse hårde lag i kulminer, opfylder konventionelle minedrift PDC-bits ikke konstruktionskravene til effektiv boring på stedet, hvilket resulterer i tilfælde af langsom fremskridt eller endda fuldstændig mangel på optagelser til de strenge konstruktionsforhold. bygningspersonalets boreprocedurer kan nogle gange være vanskelige.

For at øge den operationelle effektivitet af minedriftPDC bits, giver dette papir en omfattende analyse af de primære fejltilstande og undersøger de underliggende årsager til hver form for fejl. Derudover foreslås praktiske anbefalinger til forsigtig udvælgelse og opmærksom udnyttelse af disse bits.

1. Analyse af formen og årsagerne til PDC-bitfejl i minedrift

I øjeblikket består komponenterne i minedrift PDC-bits primært af borekronelegemet, PDC-skærere, gauge-legeringer og andre dele som afbildet i figur 1. PDC-skærerne og gauge-legeringerne er loddet på bitlegemet for at sikre deres sikre fastgørelse. Under almindelige boreoperationer overfører borestangen drejningsmoment og fødetryk til bunden af ​​hullet, hvor den går i indgreb med boret. Klippeskæringsprocessen opnås ved at bruge PDC-skærere på boret. Ydermere beskytter målerlegeringer mod overdreven slid ved at beskytte den perifere integritet af bitlegemet. Det skal dog bemærkes, at forskellige faktorer, såsom komplekse kræfter, der udøves på fræseren i hulbunden under klippeskæring med en PDC-bor, ændringer i formationskarakteristika, udvælgelse af konstruktionsteknikker og -udstyr, operationelle færdigheder hos personale involveret i konstruktionsaktiviteter sammen med kvalitetskontrolforanstaltninger for selve bor, kan have en betydelig indvirkning på anvendelseseffektiviteten, hvilket fører til forskellige former for fejl for disse bor. Gennem en undersøgelse udført på kulmineboresteder har vi opsummeret og analyseret forskellige fejltilstande og primære årsager forbundet medPDC bits.

1.1 PDC-kutterfejlen opstår, når PDC'en sintres under høje temperatur- og højtryksforhold. Kompositpladen består af to hovedkomponenter: et diamantlag og en karbidmatrix, som illustreret i figur 2.

De primære fejltilstande for PDC-skærere omfatter normalt slid, afskalning, klingekollaps og delaminering.

(1) Regelmæssig slitage

Fænomenet normalt slid er en type typisk skade, der opstår i PDC-fræsere under stenskæringsprocessen, primært karakteriseret ved betydeligt makroskopisk slibetab i både diamantlaget og hårdmetalmatrixen af ​​fræserne, uden nogen synlige spor af revner på slibeoverfladen.

(2) Spånfald

Fænomenet spånfald opstår, når PDC-skærere løsner sig fra bitkroppen, hvilket resulterer i bitsvigt. Det mest fremtrædende kendetegn er den fuldstændige adskillelse af PDC-skærere fra borehovedet, uden at der findes legeringsrester i brønden, hvor svejsning mellem borehovedet og PDC-skærerne finder sted.

Primære faktorer, der bidrager til faldet i faldende film:

① Den forhøjede temperatur i bunden af ​​borehullet fører til udfordringer inden for tørboringskonstruktionsteknologi eller vandpropdannelse under boreprocessen, samtidig med at den forhindrer rettidig afkøling af PDC-skærere på boret under højhastigheds roterende stenskæring. Som følge heraf er der en betydelig temperaturstigning ved hulbunden, hvilket kan overstige den kritiske temperatur for loddemetal og resultere i loddesmeltning og efterfølgende løsrivelse af PDC-skærere.

② Styringen af ​​boresvejseprocessen er ikke tilstrækkelig stringent. I svejseproceduren er der mangel på ordentlig rengøring før svejsning, defekte svejsninger eller utilstrækkelig udstødningsgasstyring og urimelig varmekonserveringstemperatur eller utilstrækkelig tid efter svejsning, hvilket alt sammen kan resultere i, at bits løsner sig. Udover at kræve producenterne til strengt at regulere produktionsprocessen (især PDC-kuttersvejseprocessen) for at sikre komplette og solide svejsninger, er det også nødvendigt at præcisere borekonstruktionsproceduren ved at vælge vandboring, når det er muligt og undgå tørboringskonstruktion. Ved dybe hulsboring skal det sikres, at vandet vender tilbage, før der tilføjes stangboring. Derudover, hver gang før boret sættes i bunden af ​​hullet, er det vigtigt at kontrollere, om der er nogen forhindringer for at forhindre blokering.

(3) Klingebrud

Bruddet af diamantlaget i PDC-skærere repræsenterer en fremherskende fejltilstand forPDC bits. Et karakteristisk træk ved denne fejltilstand er det lokaliserede brud af diamantlaget, med nogle tilfælde, der resulterer i samtidig brud langs med karbidmatricen.

De vigtigste årsager til PDC-bitbrud:

① Den fræser, der er valgt baseret på PDC-skærerens iboende egenskaber, udviser lav slagfasthed. Den kombinerede styrke af wolframcarbid (WC) og diamantmikropulver er utilstrækkelig, hvilket gør det tilbøjeligt til at gå i stykker under stress fra klippefragmentering;

② Faktorer relateret til byggeprocessen indikerer, at byggetrykket på stedet er for højt. Det tryk, som PDC-fræseren udøver på boret, overstiger markant skærets trykgrænse, hvilket fører til spaltning af diamantlaget og efterfølgende kollaps af skærekanten.

③ Faktorer relateret til komplekse formationer indikerer, at under konstruktionen af ​​hårde, brækkede formationer overstiger slagbelastningen på PDC-skærere deres slagsejhed, hvilket kan føre til, at skærekanten kollapser.

④ Udformningen af ​​borets skærevinkel er utilstrækkelig, da den ikke overholder princippet om, at en hårdere formation nødvendiggør en større skærevinkel. Ved konstruktion af hårde formationer kan en mindre skærevinkel resultere i overdreven kraft på PDC-fræseren, hvilket i sidste ende fører til, at skærekanten kollapser.

⑤ Andre faktorer indikerer, at arrangementet af støttebolte og ankerkabler i underjordiske vejbaner gør det meget modtageligt for boret til at kollapse, når det støder på disse elementer. For at forhindre bitfejl er det vigtigt ikke kun at overholde de procesparametre, der er skitseret i borevejledningen, men også at designe og vælge boret baseret på formationsbetingelserne. Specifikt, når der bores i hårde formationer, er det tilrådeligt at øge skærevinklen på boret passende, reducere dets aggressivitet og forbedre beskyttelsen af ​​boret. Derudover anbefales det at vælge PDC-fræsere med højere slagsejhed, når der bores gennem hårde brudte formationer eller modificerer den ydre form af fræserens diamantlag for at forbedre stødsejheden; for eksempel udviser buede PDC-skærere generelt bedre slagfasthed end flade typer. Endvidere bør der implementeres et rimeligt layout af huller under konstruktionen for at undgå boring i bolte og ankerkabler.

(4) Delaminering

Delaminering refererer til løsrivelsen af ​​diamantlaget fra den cementerede carbidmatrix i PDC-kompositplader, som illustreret i figur 3.

Den primære årsag til delaminering i diamantlaget af PDC-skærere er den væsentlige resterende spænding, der er til stede mellem diamantlaget og cementeret carbidmatrix, kombineret med en signifikant forskel i deres termiske udvidelseskoefficienter. Under klippeskæring oplever diamantlaget og hårdmetalmatrixen asynkron sammentrækning på grund af termiske spændinger genereret af friktionsvarme og afkøling fra vaskevæsker. Den resulterende slagbelastning og resterende spænding fører til afskalning af diamantlaget fra hårdmetalmatricen, hvilket i sidste ende resulterer i boresvigt. For at afbøde delaminering er det vigtigt at vælge passende bindematerialer og forarbejdningsteknologier, der adresserer resterende spænding mellem disse to komponenter under fremstillingen. Derudover kan design af en ny grænsefladeform for matrixen forbedre bindingsegenskaberne mellem diamantlaget og cementeret carbidmatrix.

1.2 Borelegemesvigt er primært karakteriseret ved bladbrud i borelegemet, som illustreret i figur 4.

 

Knivbruddet på borehovedet forekommer for det meste i borekronen, og stålstykket forekommer sjældent. Årsagerne til bruddet på bitlegemets blad er som følger: ① At slå på bitlegemets blad når bitlegemet skrues af, fordi kronen på bitlegemet er sintret ved pulvermetallurgisk proces på én gang. sammenlignet med den almindelige stålkropsbit. bithovedet har højere slidstyrke. men kropsmaterialets sejhed er tilsvarende reduceret, og det er let at knække bladet på bitlegemet, når bitlegemet skrues af; ② Kontrollen af ​​bitsintringsprocessen er ikke streng. og den sintrede bits krop er medrivende, og metalpulveret formår ikke at danne en legering. For at undgå, at bladet knækker. brugeren havde bedre brug af værktøjer såsom tandtænger til at hjælpe bøjlen, når boret skrues af. for at undgå at banke bladet; For det andet. fabrikanter bør nøje kontrollere kvaliteten af ​​den sintrede krop. ikke kun for strengt at kontrollere sintringsprocessen. men også at overvåge metalpulveret fra tid til anden for at sikre, at pulveret opfylder proceskravene.

2. Optimeret design og rimeligt udvalg af minedrift PDC Bit

2.1 Optimeringsdesign af bor

(1) For borets fejlform er det nødvendigt at optimere dens struktur ud fra boredesignet. De vigtigste designparametre for PDC-bit inkluderer skærevinkel α. sidevinkel β. azimut Vinkel γ. osv. γ refererer til vinklen mellem orienteringsreferencelinjen for PDC-tænderne og borets midterlinje. α refererer til vinklen mellem orienteringsreferencelinjen for PDC-tanden og fræserens arbejdsplan. som vist i figur 5. β refererer til vinklen mellem planet gennem midtpunktet og borets midterlinje og fræserens arbejdsplan. som vist i figur 6. Foreløbig forskning og omfattende anvendelsesanalyse viser, at skærevinklen og sidevinklen på PDC-skærere direkte kan påvirke borets levetid og boreeffektivitet. og det er nødvendigt at optimere udformningen af ​​boret i overensstemmelse med forskellige boreformationer. Skærevinkeldesign vil i høj grad påvirke boreeffektiviteten. eller endda ingen optagelser overhovedet; Hvis skærevinklen er for lille. PDC's skærkant er tilbøjelig til at gå i stykker og andre fænomener. Derfor. boredesignet bør overvejes grundigt, når parameterskemaet vælges ved at vælge en moderat skærevinkel og sidevinkel frem for tilfældigt design.

(2) Ud over at optimere skærevinklen på boret, er det vigtigt også at optimere PDC fræsere. Kvaliteten af ​​PDC-fræsere har stor indflydelse på minedrift af PDC-bits, da det direkte bestemmer deres skæreydelse og levetid. En kritisk faktor til at forbedre kvaliteten af ​​PDC er elimineringen af ​​resterende spænding ved bindingsgrænsefladen mellem diamantlaget og cementeret carbidmatrix. Forskning viser, at maksimal spænding i PDC-skærere med en plan grænsefladestruktur er koncentreret nær begge sider af denne grænseflade, med maksimale træk- og forskydningsspændinger ved kanten af ​​diamantlaget. Tilstedeværelsen af ​​trækspænding kan føre til unormale brud i PDC, mens forskydningsspænding tjener som en primær årsag til delaminering i PDC-skærere.

(3) Ud over at eliminere restspænding i PDC-skærere kan sekundære behandlinger forbedre deres kvalitet yderligere. I øjeblikket omfatter de primære overfladebehandlingsmetoder diamantoverfladeslibning, kantaffasning og formet bearbejdning. Udvalget af PDC-fræsere kan optimeres baseret på faktiske arbejdsforhold.

2.2 Rimeligt udvalg af bor

I øjeblikket har PDC-bor, der anvendes i boreoperationer i borehuller på tværs af de fleste mineområder, overvejende et trefløjet konkavt design. Udvælgelsen af ​​disse bits er dog ofte begrænset og mangler klassificering, hvilket resulterer i en ensartet tilgang, der ikke i tilstrækkelig grad imødekommer de specifikke krav i forskellige strata. Dette er især problematisk under komplekse formationsforhold, hvor konventionelle konkave bor kæmper for at levere tilfredsstillende ydeevne, hvilket fører til forkortet borelevetid og reduceret boreeffektivitet. Sådanne ineffektiviteter eskalerer ikke kun produktionsomkostningerne, men kan også forstyrre byggeplanerne og pådrage sig betydelige økonomiske tab. Derfor er det vigtigt at vælge passende bor, der er skræddersyet til forskellige formationsforhold.

Mine PDC-bits kan kategoriseres i to hovedtyper baseret på bitkroppens materiale: ståltype og dæktype. Bitlegemer af ståltypen bearbejdes primært gennem mekaniske metoder, hvilket giver en god sejhed, der gør dem velegnede til konventionelle formationsboreoperationer. I modsætning hertil sintres dæk-typen ved hjælp af pulvermetallurgiske processer, hvilket giver høj slidstyrke ideel til hårde klippeboringer eller udvidede boreopgaver. Derudover kan borekroner klassificeres i forskellige strukturer, herunder indvendig konkav, buehjørne, flad bund, skraber og andre som illustreret i figur 7. ①Det konkave strukturdesign af den konkave bor forbedrer udretningseffekter under konventionel formationskonstruktion; ②Det spredte tandarrangement af bueboringen resulterer i en højere tandtæthed og forbedret boreeffektivitet, når der arbejdes med mellemhårde lag og derover; ③Læbeformen af ​​den fladbundede bor er næsten flad, hvilket skærper dens sidekanter for at lette skævvridning - dette design bruges overvejende til retningsbestemt boring; ④Skraberen har typisk en konisk struktur, der giver større aggressivitet og bruges hovedsageligt i bløde lag eller kulsømskonstruktioner.

De nuværende minedrift PDC-bits er blevet opsummeret og organiseret sammen med udvælgelseskriterierne for PDC-bits under forskellige arbejds- og dannelsesbetingelser, som præsenteret i tabel 1 til reference.

3. Brugen af ​​minedrift PDC Bit forholdsregler

Ud over omhyggelig udvælgelse af bor, er det lige så vigtigt at bruge disse værktøjer korrekt. På grund af de udfordrende konstruktionsforhold i kulminer, kæmper arbejdere ofte for nøje at overholde PDC bit operationelle retningslinjer, hvilket resulterer i hyppige tilfælde af bitfejl på grund af forkert håndtering. I et forsøg på at forbedre boreeffektiviteten kan nogle mineområder vilkårligt øge bitvægten under operationer, hvilket fører til for tidlig bitsvigt. Korrekt brug af PDC-bits kan optimere deres ydeevne og reducere produktionsomkostningerne. Vær opmærksom på følgende overvejelser, når du bruger PDC-bits:

(1) Vær opmærksom på sorteringsforholdet mellem PDC-bit og boreværktøj, og sørg for, at borerør med stor diameter ikke matches med borerør med for lille diameter, og borerør med lille diameter ikke matches med bor med stor diameter.

(2) Den optimale tilgang er at bruge en specialiseret hulbor eller en ældet bor til redekonstruktion, samtidig med at det sikres, at boreprocessen undgår nærheden af ​​banesidebolte, ankerkabler og lignende forhindringer.

(3) Ved udførelse af boreoperationer er det vigtigt at regulere fødetrykket for at forhindre ulykker forårsaget af for højt tryk i borehullet.

(4) Benyt venligst rentvandsboreteknikken, undlad dig fra tørboring eller trykluftboring. Før påbegyndelse af trykboreoperationer skal du sikre korrekt vandcirkulation i hullet for at forhindre potentielle forbrændingshændelser ved dets base.

(5) Når du fjerner boret, skal du sørge for at undgå at klemme eller støde på PDC-skæreren. Vær desuden forsigtig med ikke at ramme borets kropsblad.

4. Konklusion

Sikker og effektiv grøn udvinding af kul har konsekvent været et centralt tema fortaleret af kulindustrien. Effektiv udnyttelse af PDC-bits til underjordiske boreoperationer i kulminer har stor betydning. Dette papir analyserer fejltilstande for minedrift af PDC-bits, og belyser de primære årsager bag forskellige fejlformer. Den foreslår optimale design- og udvælgelsesstrategier for bits under forskellige arbejdsforhold og geologiske formationer, samtidig med at den opsummerer forholdsregler for deres brug, og giver derved en reference til forbedret udvælgelse og anvendelse af minedrift PDC-bits. Den velovervejede udvælgelse og korrekte udnyttelse af minedrift PDC-bits kan maksimere deres effektivitet, minimere ressourcespild og øge sikkerheden, effektiviteten og miljøvenlig praksis inden for kulminedrift.