Optimaalinen PDC-bittien valinta kivihiilen louhintaan

Kaivosreiän rakentaminen on laajalti käytetty tekninen menetelmä kaasunhallintaan, vesivahinkojen ehkäisyyn ja geologiseen kartoitukseen hiilikaivoksissa, jolla on keskeinen rooli hiilen tuotannon turvallisuuden ja tehokkuuden varmistamisessa. Kiinassa hiilikaivoksissa syntyy vuosittain kymmeniä miljoonia metrejä porausreikiä. Rakennusprosessi vaatii porauslaitteiden, kuten porien, poraputkien ja poranterien, tuen. Niistä porat ovat välttämättömiä työkaluja suoraan reikien muodostamiseen ja kivien murtamiseen.

Polykristallista timanttikomposiittilevyä (PDC) käytetään laajasti kaivosporanterissä sen poikkeuksellisen kulutuskestävyyden ja kiitettävän iskunkestävyyden ansiosta.PDC-bittejäniillä on pidempi porauksen käyttöikä ja parempi tunkeutumisteho, kun niitä käytetään keskikovissa ja alemmissa kivimuodostelmissa, mikä tuottaa huomattavia taloudellisia etuja hiilikaivoksen porauksissa. Öljyporaukseen verrattuna kivihiilen kaivosporauksen tekniset ominaisuudet ovat kustannustehokas, aikatehokas ja liian tiheästi suunniteltu.

Kaivostoiminnan nykyiset haasteetPDC-bittejäsisältää: ①PDC-bittien louhintakynnys on suhteellisen alhainen, ja monet valmistajat tarjoavat vaihtelevia laatutasoja. ② Hiilikaivoksissa tapahtuvan maanalaisen porauksen käytöissä ja vaatimuksissa on ilmeisiä eroja, kun taas kaivosten PDC-terien luokitus on monimutkainen ja monipuolinen. Lisäksi myöhemmässä käyttöprosessissa puuttuu systemaattisia ja rationaalisia valintamäärityksiä. ③Koska monimutkaisten kovien kerrosten yleisyys hiilikaivoksissa lisääntyy, tavanomaiset kaivos-PDC-terät eivät täytä tehokkaan paikan päällä tapahtuvan porauksen rakennusvaatimuksia, mikä johtaa hitaan etenemiseen tai jopa täydelliseen materiaalin puuttumiseen. rakennushenkilöstön poraustoimenpiteet voivat joskus olla vaikeita.

Kaivostoiminnan toiminnan tehostamiseksiPDC-bittejäTämä artikkeli tarjoaa kattavan analyysin ensisijaisista vikatiloista ja tutkii kunkin vian muodon taustalla olevia syitä. Lisäksi ehdotetaan käytännön suosituksia näiden bittien harkittuun valintaan ja huolelliseen käyttöön.

1. Kaivostoiminnan PDC-bittivikojen muodon ja syiden analyysi

Tällä hetkellä kaivos-PDC-kärkien komponentit koostuvat pääasiassa terän rungosta, PDC-leikkureista, mittaseoksista ja muista osista, kuten kuvassa 1 on esitetty. PDC-leikkurit ja mittaseokset juotetaan terän runkoon niiden turvallisen kiinnityksen varmistamiseksi. Normaalin porauksen aikana poratanko siirtää vääntömomentin ja syöttöpaineen reiän pohjalle, jossa se kytkeytyy poranterään. Kiven leikkausprosessi suoritetaan käyttämällä PDC-leikkureita poranterässä. Lisäksi mittaseokset suojaavat liialliselta kulumiselta suojaamalla terän rungon kehän eheyttä. On kuitenkin huomattava, että erilaiset tekijät, kuten monimutkaiset voimat, jotka kohdistuvat leikkuriin reiän pohjassa kallion katkaisun aikana PDC-terällä, muutokset muodostuksen ominaisuuksissa, rakennustekniikoiden ja -laitteiden valinta, rakennustoimintaan osallistuvan henkilöstön toimintataito sekä itse terän laadunvalvontatoimenpiteet voivat merkittävästi vaikuttaa sovelluksen tehokkuuteen, mikä johtaa erilaisiin vikojen muotoihin näissä teräissä. Kivihiilikaivoksen porauspaikoilla tehdyssä tutkimuksessa olemme tehneet yhteenvedon ja analysoineet erilaisia ​​vikatilanteita ja ensisijaisia ​​syitä, jotka liittyvätPDC-bittejä.

1.1 PDC-leikkurivika tapahtuu, kun PDC sintrataan korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Komposiittilevy koostuu kahdesta pääkomponentista: timanttikerroksesta ja karbidimatriisista, kuten kuvassa 2 on esitetty.

PDC-leikkureiden ensisijaiset vikatilat ovat normaali kuluminen, hilseily, terän romahtaminen ja delaminaatio.

(1) Säännöllinen kuluminen

Normaali kuluminen on eräänlainen tyypillinen vaurio PDC-jyrsijöissä kallionleikkausprosessin aikana, jolle on ensisijaisesti tunnusomaista merkittävä makroskooppinen hiontahäviö sekä timanttikerroksessa että jyrsinten sementoidussa kovametallimatriisissa ilman näkyviä halkeamia hiomapinnassa.

(2) Sirun pudotus

Lastujen pudotusilmiö ilmenee, kun PDC-leikkurit irtoavat terän rungosta, mikä johtaa terävikaan. Näkyvin ominaisuus on PDC-jyrsinten täydellinen erottaminen terän rungosta, eikä metalliseosjäämiä löydy kuopasta, jossa terän rungon ja PDC-leikkurien välinen hitsaus tapahtuu.

Pääasialliset tekijät, jotka vaikuttavat putoavan kalvon vähenemiseen:

① Poranreiän pohjan kohonnut lämpötila aiheuttaa haasteita kuivaporausrakentamisen tekniikassa tai vesitulppien muodostumisessa porausprosessin aikana, ja samalla estää myös porassa olevien PDC-jyrsinten oikea-aikaista jäähtymistä nopean pyörivän kiven leikkaamisen aikana. Tämän seurauksena lämpötila nousee merkittävästi reiän pohjassa, mikä voi ylittää juotteen kriittisen lämpötilan ja johtaa juotteen sulamiseen ja sitä seuraavaan PDC-leikkurien irtoamiseen.

② Poran hitsausprosessin ohjaus ei ole riittävän tiukkaa. Hitsausprosessissa esiintyy kunnollisen puhdistuksen puutetta ennen hitsausta, virheellisiä hitsauksia tai puutteellista pakokaasun hallintaa sekä kohtuuton lämmönsäilytyslämpötila tai riittämätön aika hitsauksen jälkeen, jotka kaikki voivat johtaa terän irtoamiseen. Sen lisäksi, että valmistajat vaativat tiukasti tuotantoprosessia (erityisesti PDC-leikkurin hitsausprosessia) täydellisen ja kiinteän hitsauksen varmistamiseksi, on myös tarpeen selventää porauksen rakennusprosessia valitsemalla vesiporaus aina kun mahdollista ja välttämällä kuivaporausta. Syvien reikien porauksessa tulee varmistaa, että vesi palaa ennen tankoporauksen lisäämistä. Lisäksi joka kerta ennen poran työntämistä reiän pohjaan, on tärkeää tarkistaa, onko siinä esteitä tukkeutumisen estämiseksi.

(3) Terän rikkoutuminen

Timanttikerroksen murtuminen PDC-leikkureissa edustaa yleistä vikatilaaPDC-bittejä. Tämän vikatilan tyypillinen piirre on timanttikerroksen paikallinen murtuminen, jolloin joissakin tapauksissa seurauksena on samanaikainen murtuminen kovametallimatriisin kanssa.

PDC-bittien katkeamisen tärkeimmät syyt:

① PDC-leikkurin luontaisten ominaisuuksien perusteella valitulla terällä on alhainen iskunkestävyys. Volframikarbidin (WC) ja timanttimikrojauheen yhdistetty lujuus on riittämätön, mikä tekee siitä alttiita rikkoutumaan kiven sirpaloitumisen aiheuttaman jännityksen alaisena;

② Rakennusprosessiin liittyvät tekijät viittaavat siihen, että rakennuspaine työmaalla on liian korkea. PDC-jyrsimen terään kohdistama paine ylittää merkittävästi leikkurin painerajan, mikä johtaa timanttikerroksen halkeamiseen ja sitä seuraavaan leikkuureunan romahtamiseen.

③ Monimutkaisiin muodostelmiin liittyvät tekijät viittaavat siihen, että kovien, murtuneiden muodostelmien rakentamisen aikana PDC-jyrsimiin kohdistuva iskukuorma ylittää niiden iskunkestävyyden, mikä voi johtaa leikkuuterän romahtamiseen.

④ Terän leikkauskulman suunnittelu on riittämätön, koska se ei noudata periaatetta, jonka mukaan kovempi muodostus vaatii suuremman leikkauskulman. Kovia muodostelmia rakennettaessa pienempi leikkauskulma voi aiheuttaa liiallisen voiman PDC-jyrsimeen, mikä lopulta johtaa leikkuuterän romahtamiseen.

⑤ Muut tekijät viittaavat siihen, että tukipulttien ja ankkurikaapeleiden järjestely maanalaisilla teillä tekee poranterän erittäin herkän romahtamiseen osuessaan näihin elementteihin. Terän rikkoutumisen estämiseksi on oleellista noudattaa tiukasti porausohjeessa esitettyjä prosessiparametreja, vaan myös suunnitella ja valita pora muodostusolosuhteiden mukaan. Erityisesti koviin muodostelmiin porattaessa on suositeltavaa lisätä terän leikkauskulmaa sopivasti, vähentää sen aggressiivisuutta ja parantaa terän suojausta. Lisäksi on suositeltavaa valita PDC-jyrsimet, joilla on suurempi iskusitkeys, kun porataan kovia murtuneita muodostumia tai muutetaan leikkurin timanttikerroksen ulkomuotoa iskunkestävyyden parantamiseksi. esimerkiksi kaarevilla PDC-leikkureilla on yleensä parempi iskunkestävyys kuin litteillä tyypeillä. Lisäksi reiät on asetettava järkevästi rakentamisen aikana, jotta vältetään poraaminen pultteihin ja ankkurikaapeleihin.

(4) Delaminaatio

Delaminaatiolla tarkoitetaan timanttikerroksen irtoamista sementoidusta kovametallimatriisista PDC-komposiittilevyissä, kuten kuvassa 3 on esitetty.

Ensisijainen syy delaminaatioon PDC-jyrsinten timanttikerroksessa on timanttikerroksen ja sementoidun kovametallimatriisin välinen huomattava jäännösjännitys yhdistettynä merkittävään eroon niiden lämpölaajenemiskertoimissa. Kiven leikkaamisen aikana timanttikerros ja kovametallimatriisi kokevat asynkronisen supistumisen johtuen pesunesteiden kitkalämmön ja jäähdytyksen aiheuttamista lämpöjännityksistä. Tuloksena oleva iskukuormitus ja jäännösjännitys johtavat timanttikerroksen irtoamiseen kovametallimatriisista, mikä lopulta johtaa poranterän rikkoutumiseen. Delaminoitumisen vähentämiseksi on tärkeää valita sopivat sidosmateriaalit ja käsittelytekniikat, jotka käsittelevät näiden kahden komponentin välistä jäännösjännitystä valmistuksen aikana. Lisäksi uuden rajapintamuodon suunnittelu matriisille voi parantaa timanttikerroksen ja sementoidun kovametallimatriisin välisiä sidosominaisuuksia.

1.2 Poran rungon vaurioituminen on ensisijaisesti ominaista terän murtumille poran rungossa, kuten kuvassa 4.

 

Terän rungon terämurtuma tapahtuu enimmäkseen rungossa ja teräsrunkoterä harvoin. Terän rungon terän murtumisen syyt ovat seuraavat: ① Törmäys terän rungon terään ruuvattaessa terärunkoa irti, koska terän rungon kruunu sintrataan jauhemetallurgisella prosessilla kerralla. verrattuna tavalliseen teräsrunkoon. terän rungon terällä on korkeampi kulutuskestävyys. mutta runkomateriaalin sitkeys vähenee vastaavasti ja terän rungon terä on helppo murtaa terärunkoa ruuvattaessa; ② Bittien sintrausprosessin valvonta ei ole tiukkaa. ja sintrattu terän runko on mukana ja metallijauhe ei muodosta metalliseosta. Terän rikkoutumisen välttämiseksi. käyttäjän oli parempi käyttää työkaluja, kuten hammaspihtejä, auttamaan sakkelia poraa irrotettaessa. terän lyömisen välttämiseksi; Toiseksi. valmistajien tulee valvoa tiukasti sintratun kappaleen laatua. ei vain sintrausprosessin tiukasti valvomiseksi. mutta myös valvoa metallijauhetta aika ajoin varmistaakseen, että jauhe täyttää prosessin vaatimukset.

2. Kaivos-PDC-bitin optimoitu suunnittelu ja kohtuullinen valinta

2.1 Poranterän optimointisuunnittelu

(1) Terän murtumismuotoa varten on tarpeen optimoida sen rakenne poran suunnittelusta. PDC-bitin tärkeimmät suunnitteluparametrit sisältävät leikkauskulman α. sivukulma β. atsimuuttikulma γ. jne. γ viittaa PDC-hampaiden orientaatioreferenssilinjan ja terän keskilinjan väliseen kulmaan. α viittaa PDC-hampaan suuntaviittausviivan ja leikkurin työstötason väliseen kulmaan. kuten kuvassa 5. β tarkoittaa kulmaa keskipisteen läpi kulkevan tason ja terän keskilinjan ja leikkurin työstötason välillä. kuten kuvassa 6. Alustava tutkimus ja kattava sovellusanalyysi osoittavat, että PDC-jyrsinten leikkauskulma ja sivukulma voivat vaikuttaa suoraan terän käyttöikään ja poraustehokkuuteen. ja on tarpeen optimoida terän suunnittelu erilaisten porausmuotojen mukaan. Leikkauskulman muotoilu vaikuttaa suuresti porauksen tehokkuuteen. tai jopa ei lainkaan materiaalia; Jos leikkauskulma on liian pieni. PDC-leikkuuterä on altis murtumiselle ja muille ilmiöille. Siksi. poran suunnittelua tulee harkita kattavasti valittaessa parametrijärjestelmää valitsemalla kohtalainen leikkauskulma ja sivukulma satunnaisen suunnittelun sijaan.

(2) Terän leikkauskulman optimoinnin lisäksi on tärkeää optimoida myös PDC-jyrsimet. PDC-jyrsinten laatu vaikuttaa merkittävästi PDC-terien louhintaan, koska se määrää suoraan niiden leikkaussuorituskyvyn ja käyttöiän. Kriittinen tekijä PDC:n laadun parantamisessa on jäännösjännityksen poistaminen timanttikerroksen ja sementoidun kovametallimatriisin välisestä sidosrajapinnasta. Tutkimukset osoittavat, että maksimaalinen jännitys PDC-jyrsijöissä, joissa on tasomainen rajapintarakenne, keskittyy tämän rajapinnan molemmille puolille, ja huippuvetolujuus- ja leikkausjännitykset esiintyvät timanttikerroksen reunalla. Vetojännityksen esiintyminen voi johtaa epänormaaleihin murtumiin PDC:ssä, kun taas leikkausjännitys toimii ensisijaisena syynä delaminaatiolle PDC-leikkureissa.

(3) Sen lisäksi, että sekundäärikäsittelyt poistavat jäännösjännityksen PDC-leikkureista, ne voivat parantaa niiden laatua entisestään. Tällä hetkellä pääasiallisia pintakäsittelymenetelmiä ovat timanttipintahionta, reunaviisteet ja muototyöstö. PDC-jyrsinten valinta voidaan optimoida todellisten työolosuhteiden mukaan.

2.2 Kohtuullinen poranterien valinta

Tällä hetkellä reiän porauksessa useimmilla kaivosalueilla käytetyissä PDC-terissä on pääasiassa kolmisiipinen kovera rakenne. Näiden bittien valinta on kuitenkin usein rajoitettua ja siitä puuttuu luokittelu, mikä johtaa yhden koon lähestymistapaan, joka ei vastaa riittävästi eri kerrosten erityisvaatimuksia. Tämä on erityisen ongelmallista monimutkaisissa muodostusolosuhteissa, joissa tavanomaiset koverat terät kamppailevat saavuttaakseen tyydyttävän suorituskyvyn, mikä lyhentää terän käyttöikää ja heikentää porauksen tehokkuutta. Tällaiset tehottomuudet eivät ainoastaan ​​nosta tuotantokustannuksia, vaan voivat myös häiritä rakentamisen aikatauluja ja aiheuttaa merkittäviä taloudellisia tappioita. Siksi on tärkeää valita sopivat poranterät, jotka on räätälöity vaihteleviin muodostusolosuhteisiin.

Kaivos-PDC-kärjet voidaan luokitella kahteen päätyyppiin terän rungon materiaalin perusteella: terästyyppi ja rengastyyppi. Terästyyppiset terärungot prosessoidaan ensisijaisesti mekaanisin menetelmin, mikä takaa hyvän sitkeyden, mikä tekee niistä soveltuvia tavanomaiseen muotoporaukseen. Sitä vastoin rengastyyppiset teränrungot sintrataan jauhemetallurgisilla prosesseilla, mikä tarjoaa korkean kulutuskestävyyden, joka on ihanteellinen kovaan kiven poraukseen tai pitkiin poraustehtäviin. Lisäksi poranterät voidaan luokitella erilaisiin rakenteisiin, mukaan lukien sisäinen kovera, kaarikulma, tasainen pohja, kaavin ja muut, kuten kuvassa 7 on esitetty. ①Koveran terän kovera rakenne parantaa suoristusvaikutuksia tavanomaisen muodostelman rakentamisen aikana; ②Kaariterän hajallaan oleva hampaiden järjestely johtaa suurempaan hampaiden tiheyteen ja parempaan poraustehokkuuteen, kun työskennellään keskikovien ja sitä korkeampien kerrosten kanssa; ③ Tasapohjaisen terän huulimuoto on lähes tasainen, mikä teroittaa sen sivureunoja vinouden helpottamiseksi – tätä mallia käytetään pääasiassa suuntaporaukseen. ④Kaavinterällä on tyypillisesti kartiomainen rakenne, joka tarjoaa suuremman aggressiivisuuden ja jota käytetään pääasiassa pehmeissä kerroksissa tai hiilisaumarakenteissa.

Nykyiset kaivos-PDC-bitit on tiivistetty ja järjestetty yhdessä PDC-bittien valintakriteerien kanssa erilaisissa työ- ja muodostusolosuhteissa, kuten taulukossa 1 on esitetty viitteeksi.

3. Kaivos-PDC-bittien varotoimet

Poranterien huolellisen valinnan lisäksi on yhtä tärkeää käyttää näitä työkaluja oikein. Hiilikaivosten haastavien rakennusolosuhteiden vuoksi työntekijöiden on usein vaikeuksia noudattaa tiukasti PDC-bittien toimintaohjeita, mikä johtaa usein bittivirheisiin virheellisen käsittelyn vuoksi. Porauksen tehokkuuden parantamiseksi jotkin kaivosalueet voivat lisätä terän painoa umpimähkäisesti toiminnan aikana, mikä johtaa ennenaikaiseen terävikaan. PDC-bittien oikea käyttö voi optimoida niiden suorituskykyä ja vähentää tuotantokustannuksia. PDC-bittejä käytettäessä tulee kiinnittää huomiota seuraaviin seikkoihin:

(1) Kiinnitä huomiota PDC-terän ja poratyökalun väliseen luokittelusuhteeseen ja varmista, että halkaisijaltaan suuria poraputkia ei soviteta halkaisijaltaan liian pieneen poraputkeen ja että halkaisijaltaan pieni poraputki ei sovi halkaisijaltaan suuren poranterän kanssa.

(2) Optimaalinen lähestymistapa on käyttää pesän rakentamiseen erikoistunutta reikäporaa tai vanhentunutta poranterää varmistaen samalla, että porausprosessissa vältetään kaistan sivupulttien, ankkurikaapeleiden ja vastaavien esteiden läheisyys.

(3) Kairausta suoritettaessa on välttämätöntä säädellä syöttöpainetta reiän ylipaineen aiheuttamien onnettomuuksien välttämiseksi.

(4) Käytä puhtaan veden poraustekniikkaa, vältä kuivaporausta tai paineilmaporausta. Ennen kuin aloitat paineporauksen, varmista, että vesi kiertää kunnolla reiän sisällä, jotta vältetään mahdolliset palamistapahtumat sen pohjalla.

(5) Kun irrotat terää, varmista, ettet purista tai osu PDC-leikkuriin. Lisäksi varo osumasta terän runkoon.

4. Johtopäätös

Kivihiilen turvallinen ja tehokas vihreä louhinta on jatkuvasti ollut kivihiiliteollisuuden puoltama keskeinen teema. PDC-terien tehokas hyödyntäminen maanalaisissa kaivoksissa on erittäin tärkeää. Tässä artikkelissa analysoidaan PDC-bittien louhintavikoja ja selvitetään erilaisten vikamuotojen taustalla olevia ensisijaisia ​​syitä. Se ehdottaa optimaalisia suunnittelu- ja valintastrategioita biteille erilaisissa työolosuhteissa ja geologisissa muodostelmissa, samalla kun se tekee yhteenvedon varotoimista niiden käyttöä varten, mikä tarjoaa referenssin parannettua kaivos-PDC-bittien valintaa ja käyttöä. Kaivos-PDC-bittien harkittu valinta ja oikea käyttö voivat maksimoida niiden tehokkuuden, minimoida resurssien hukkaa ja parantaa turvallisuutta, tehokkuutta ja ympäristöystävällisiä käytäntöjä hiilikaivostoiminnassa.