Optimalan izbor PDC bitova za rudarstvo ugljena

Izgradnja bušotina široko je korištena tehnička metoda za kontrolu plina, prevenciju štete od vode i geološka istraživanja u rudnicima ugljena, koja igra ključnu ulogu u osiguravanju sigurnosti i učinkovitosti proizvodnje ugljena. U Kini se godišnje naprave deseci milijuna metara bušotina u rudnicima ugljena. Proces izgradnje zahtijeva podršku opreme za bušenje kao što su bušilice, bušilice i svrdla. Među njima, bušilice su ključni alati za izravno oblikovanje rupa i razbijanje stijena.

Kompozitna ploča od polikristalnog dijamanta (PDC) intenzivno se koristi u rudarskim svrdlima zbog svoje izuzetne otpornosti na habanje i hvale vrijedne udarne žilavosti.PDC bitovipokazuju produljeni životni vijek bušenja i povećanu učinkovitost prodiranja kada se koriste u srednje tvrdim i nižim stijenskim formacijama, čime se ostvaruju značajne ekonomske koristi u operacijama bušenja u rudniku ugljena. U usporedbi s bušenjem nafte, bušenje u rudniku ugljena posjeduje tehničke karakteristike isplativosti, vremenski učinkovitosti i gusto dizajnirane. Posljedično, opći zahtjevi za PDC svrdla nisu pretjerano zahtjevan.

Aktualni izazovi s kojima se susreće rudarstvoPDC bitoviuključuju: ①Ulazni prag za rudarenje PDC bitova je relativno nizak, s mnoštvom proizvođača koji nude različite razine kvalitete. ②Upotrebe i zahtjevi podzemnog bušenja u rudnicima ugljena pokazuju očite razlike, dok je klasifikacija rudarskih PDC bita zamršena i raznolika. Nadalje, nedostaju sustavne i racionalne specifikacije odabira u naknadnom procesu korištenja.③Uz sve veću zastupljenost složenih tvrdih slojeva u rudnicima ugljena, konvencionalna rudarska PDC svrdla ne ispunjavaju konstrukcijske zahtjeve za učinkovito bušenje na licu mjesta, što rezultira slučajevima sporog napredovanja ili čak potpunog nedostatka snimke.④Zbog izazovnih uvjeta izgradnje u rudniku ugljena, striktno pridržavanje postupci bušenja od strane građevinskog osoblja ponekad mogu biti teški.

Kako bi se poboljšala operativna učinkovitost rudarenjaPDC bitovi, ovaj rad pruža sveobuhvatnu analizu primarnih načina kvara i istražuje temeljne uzroke za svaki oblik kvara. Dodatno, predložene su praktične preporuke za razborit odabir i pažljivo korištenje ovih bitova.

1. Analiza oblika i uzroka kvara PDC bita u rudarenju

Trenutačno se komponente rudarskih PDC svrdla prvenstveno sastoje od tijela svrdla, PDC rezača, mjernih legura i drugih dijelova kao što je prikazano na slici 1. PDC glodala i mjernih legura zalemljeni su na tijelo svrdla kako bi se osiguralo njihovo sigurno pričvršćivanje. Tijekom redovitih operacija bušenja, bušaća šipka prenosi okretni moment i pritisak dodavanja na dno rupe gdje se zahvaća sa svrdlom. Proces rezanja stijene postiže se korištenjem PDC rezača na svrdlu. Dodatno, mjerne legure štite od prekomjernog trošenja štiteći obodnu cjelovitost tijela svrdla. Međutim, treba napomenuti da različiti čimbenici kao što su složene sile koje djeluju na rezač na dnu rupe tijekom rezanja stijene s PDC svrdlom, promjene u karakteristikama formacije, odabir građevinskih tehnika i opreme, operativna stručnost osoblja uključenog u građevinske aktivnosti, zajedno s mjerama kontrole kvalitete za same svrdla, mogu značajno utjecati na učinkovitost primjene što dovodi do različitih oblika kvarova ovih svrdla. Kroz istragu provedenu na mjestima bušenja rudnika ugljena, saželi smo i analizirali različite načine kvarova i primarne uzroke povezane sPDC bitovi.

1.1 Kvar PDC rezača događa se kada se PDC sinterira pod uvjetima visoke temperature i visokog tlaka. Kompozitna ploča sastoji se od dvije glavne komponente: dijamantnog sloja i karbidne matrice, kao što je prikazano na slici 2.

Primarni načini kvara PDC rezača uključuju normalno trošenje, ljuštenje, kolaps oštrice i delaminaciju.

(1) Redovito trošenje

Fenomen normalnog trošenja vrsta je tipičnog oštećenja koje se javlja kod PDC glodala tijekom procesa rezanja stijene, prvenstveno karakterizirano značajnim makroskopskim gubitkom brušenja u dijamantnom sloju i matrici od cementnog karbida rezača, bez ikakvih vidljivih tragova pucanja na brusnoj površini.

(2) Pad iverja

Fenomen pada strugotine događa se kada se PDC glodala odvoje od tijela svrdla, što dovodi do kvara nastavka. Najistaknutija karakteristika je potpuno odvajanje PDC glodala od tijela svrdla, bez ostataka legure u jami gdje se odvija zavarivanje između tijela bita i PDC glodala.

Primarni čimbenici koji pridonose smanjenju filma koji pada:

① Povišena temperatura na dnu bušotine dovodi do izazova u tehnologiji izgradnje suhog bušenja ili stvaranja vodenog čepa tijekom procesa bušenja, dok također ometa pravovremeno hlađenje PDC rezača na bušotini tijekom rotacijskog rezanja stijene velikom brzinom. Posljedično, dolazi do značajnog porasta temperature na dnu rupe, koja može premašiti kritičnu temperaturu lema i rezultirati taljenjem lema i naknadnim odvajanjem PDC rezača.

② Kontrola procesa zavarivanja svrdlom nije dovoljno stroga. U postupku zavarivanja postoji nedostatak odgovarajućeg čišćenja prije zavarivanja, neispravni zavari ili neadekvatno upravljanje ispušnim plinovima, te nerazumna temperatura očuvanja topline ili nedovoljno vremena nakon zavarivanja, što sve može rezultirati odvajanjem bita. Osim što proizvođači zahtijevaju da proizvodni proces (posebice postupak zavarivanja PDC rezačem) strogo reguliraju kako bi se osigurali potpuni i čvrsti zavari, potrebno je razjasniti i postupak izrade bušotinama na način da se kad god je to moguće opredjeljuje za bušenje vodom i izbjegavanje konstrukcije suhim bušenjem. Za bušenje dubokih rupa, potrebno je osigurati da se voda vraća prije dodavanja šipkastog bušenja. Osim toga, svaki put prije umetanja svrdla u dno rupe, bitno je provjeriti postoje li prepreke kako bi se spriječilo začepljenje.

(3) Lom oštrice

Lom dijamantnog sloja kod PDC rezača predstavlja prevladavajući način kvara zaPDC bitovi. Karakteristična značajka ovog načina kvara je lokalizirano pucanje dijamantnog sloja, s nekim slučajevima koji rezultiraju simultanim lomom uz karbidnu matricu.

Glavni uzroci loma PDC bita:

① Rezač odabran na temelju inherentnih karakteristika PDC rezača pokazuje malu otpornost na udarce. Kombinirana čvrstoća volfram karbida (WC) i dijamantnog mikropraha je nedovoljna, što ga čini sklonim kvaru pod pritiskom fragmentacije stijene;

② Čimbenici povezani s procesom izgradnje ukazuju na to da je pritisak na gradilištu pretjerano visok. Pritisak koji PDC glodalo vrši na svrdlo značajno premašuje granicu pritiska glodala, što dovodi do pucanja dijamantnog sloja i kasnijeg kolapsa oštrice.

③ Čimbenici koji se odnose na složene formacije ukazuju na to da tijekom izgradnje tvrdih, slomljenih formacija, udarno opterećenje PDC rezača premašuje njihovu udarnu žilavost, što može dovesti do kolapsa oštrice.

④ Dizajn kuta rezanja svrdla je neadekvatan, jer se ne pridržava načela da tvrđa formacija zahtijeva veći kut rezanja. U konstrukciji tvrdih formacija, manji kut rezanja može rezultirati prekomjernom silom na PDC rezač, što u konačnici dovodi do kolapsa oštrice.

⑤ Drugi čimbenici pokazuju da raspored potpornih vijaka i sidrenih kabela u podzemnim prometnicama čini vrlo osjetljivim na kolaps svrdla nakon susreta s tim elementima. Kako bi se spriječio kvar svrdla, važno je ne samo strogo se pridržavati parametara procesa navedenih u priručniku s uputama za bušenje, već također dizajnirati i odabrati bušilicu na temelju uvjeta formacije. Naime, kod bušenja tvrdih formacija preporučljivo je na odgovarajući način povećati kut rezanja svrdla, smanjiti njegovu agresivnost i pojačati zaštitu svrdla. Dodatno, odabir PDC glodala s većom udarnom žilavošću preporučuje se pri bušenju kroz tvrde pukotine ili pri modificiranju vanjskog oblika dijamantnog sloja glodala kako bi se poboljšala udarna žilavost; na primjer, zakrivljeni PDC rezači općenito pokazuju bolju otpornost na udar od ravnih tipova. Nadalje, treba implementirati razuman raspored rupa tijekom izgradnje kako bi se izbjeglo bušenje u vijke i sidrene kabele.

(4) Delaminacija

Delaminacija se odnosi na odvajanje dijamantnog sloja od matrice cementnog karbida u PDC kompozitnim pločama, kao što je prikazano na slici 3.

Primarni uzrok delaminacije u dijamantnom sloju PDC glodala je značajno zaostalo naprezanje prisutno između dijamantnog sloja i matrice od cementnog karbida, zajedno sa značajnom razlikom u njihovim koeficijentima toplinskog širenja. Tijekom rezanja stijene, dijamantni sloj i matrica od cementnog karbida doživljavaju asinkronu kontrakciju zbog toplinskih naprezanja generiranih toplinom trenja i hlađenjem od tekućina za pranje. Rezultirajuće udarno opterećenje i zaostalo naprezanje dovode do ljuštenja dijamantnog sloja s karbidne matrice, što u konačnici dovodi do kvara svrdla. Kako bi se ublažilo raslojavanje, bitno je odabrati odgovarajuće materijale za lijepljenje i tehnologije obrade koje rješavaju zaostalo naprezanje između ove dvije komponente tijekom proizvodnje. Osim toga, dizajniranje novog oblika sučelja za matricu može poboljšati svojstva vezivanja između dijamantnog sloja i matrice od cementnog karbida.

1.2 Kvar tijela bušilice je prvenstveno karakteriziran lomovima oštrice u tijelu bušilice, kao što je prikazano na slici 4.

 

Lom oštrice tijela svrdla uglavnom se događa u tijelu svrdla, a rijetko se događa čelično tijelo svrdla. Razlozi za lom oštrice tijela svrdla su sljedeći: ① Udaranje oštrice tijela svrdla prilikom odvrtanja tijela svrdla jer je kruna tijela svrdla istovremeno sinterirana postupkom metalurgije praha. u usporedbi s običnim svrdlom od čelika. bit s tijelom nastavka ima veću otpornost na trošenje. ali žilavost materijala tijela je odgovarajuće smanjena i lako je slomiti oštricu tijela nastavka kada se odvrne tijelo nastavka; ② Kontrola procesa sinteriranja bitova nije stroga. a sinterirano tijelo svrdla se uvlači i metalni prah ne uspijeva formirati leguru. Kako bi se izbjeglo lomljenje oštrice. korisniku je bolje koristiti alate kao što su zubarska kliješta kao pomoć okovu pri odvrtanju svrdla. kako bi se izbjeglo udaranje oštrice; Drugo. proizvođači bi trebali strogo kontrolirati kvalitetu sinteriranog tijela. ne samo da strogo kontrolira proces sinteriranja. ali i za praćenje metalnog praha s vremena na vrijeme kako bi se osiguralo da prah zadovoljava zahtjeve procesa.

2. Optimiziran dizajn i razuman odabir rudarskog PDC bita

2.1 Optimizacija dizajna svrdla

(1) Za oblik kvara svrdla, potrebno je optimizirati njegovu strukturu iz dizajna svrdla. Glavni parametri konstrukcije PDC svrdla uključuju kut rezanja α. stranica Kut β. azimut Kut γ. itd. γ se odnosi na kut između referentne linije orijentacije PDC zubaca i središnje linije nastavka. α se odnosi na kut između referentne linije orijentacije PDC zuba i radne ravnine rezača. kao što je prikazano na slici 5. β se odnosi na kut između ravnine kroz središnju točku i središnje linije svrdla i radne ravnine rezača. kao što je prikazano na slici 6. Preliminarno istraživanje i sveobuhvatna analiza primjene pokazuju da kut rezanja i bočni kut PDC glodala mogu izravno utjecati na vijek trajanja i učinkovitost bušenja svrdla. te je potrebno optimizirati dizajn dlijeta prema različitim formacijama bušenja. Dizajn kuta rezanja uvelike će utjecati na učinkovitost bušenja. ili čak bez snimke; Ako je kut rezanja premali. PDC oštrica je sklona lomljenju i drugim pojavama. Stoga. dizajn svrdla treba sveobuhvatno razmotriti pri odabiru sheme parametara odabirom umjerenog kuta rezanja i bočnog kuta, a ne slučajnog dizajna.

(2) Osim optimizacije kuta rezanja svrdla, bitno je također optimizirati PDC glodala. Kvaliteta PDC glodala značajno utječe na rudarenje PDC svrdla, budući da izravno određuje njihovu učinkovitost rezanja i životni vijek. Kritični čimbenik u poboljšanju kvalitete PDC-a je eliminacija zaostalog naprezanja na veznoj granici između dijamantnog sloja i matrice od cementnog karbida. Istraživanja pokazuju da je najveće naprezanje u PDC rezačima s ravnom strukturom sučelja koncentrirano u blizini obje strane ovog sučelja, s vršnim vlačnim i smičnim naprezanjem koji se javljaju na rubu dijamantnog sloja. Prisutnost vlačnog naprezanja može dovesti do abnormalnih lomova u PDC, dok smično naprezanje služi kao primarni uzrok delaminacije u PDC rezačima.

(3) Osim uklanjanja zaostalog naprezanja u PDC rezačima, sekundarni tretmani mogu dodatno poboljšati njihovu kvalitetu. Trenutno, primarne metode površinske obrade uključuju dijamantsko površinsko brušenje, skošenje rubova i oblikovanu strojnu obradu. Odabir PDC rezača može se optimizirati na temelju stvarnih radnih uvjeta.

2.2 Razuman odabir svrdla

Trenutno PDC svrdla koja se koriste u operacijama bušenja rupa u većini rudarskih područja pretežno imaju trokrilni konkavni dizajn. Međutim, odabir ovih bitova često je ograničen i nedostaje im klasifikacija, što rezultira pristupom koji odgovara svima koji ne odgovara na odgovarajući način specifičnim zahtjevima 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 učinkovitosti bušenja. Takve neučinkovitosti ne samo da povećavaju troškove proizvodnje, već također mogu poremetiti planove izgradnje i uzrokovati značajne ekonomske gubitke. Stoga je bitno odabrati odgovarajuća svrdla prilagođena različitim uvjetima formacije.

Rudarska PDC svrdla mogu se kategorizirati u dvije glavne vrste na temelju materijala tijela svrdla: tip čelika i tip gume. Čelična tijela svrdla primarno se obrađuju mehaničkim metodama, dajući dobru žilavost što ih čini prikladnima za konvencionalne operacije bušenja formacije. Nasuprot tome, tijela svrdla tipa guma sinterirana su procesima metalurgije praha, nudeći visoku otpornost na habanje, idealnu za bušenje tvrdih stijena ili produžene zadatke bušenja. Dodatno, svrdla se mogu klasificirati u različite strukture, uključujući unutarnju konkavu, lučni kut, ravno dno, strugač i druge kao što je prikazano na slici 7. ①Dizajn konkavne strukture konkavnog svrdla poboljšava učinke ispravljanja tijekom konvencionalne konstrukcije formacije; ②Raspršeni raspored zuba lučnog svrdla rezultira većom gustoćom zuba i poboljšanom učinkovitošću bušenja pri radu sa slojevima srednje tvrdoće i više; ③Oblik usne svrdla s ravnim dnom je gotovo ravan, što izoštrava njegove bočne rubove kako bi se olakšalo ukošenje—ovaj dizajn se pretežno koristi za primjene usmjerenog bušenja; ④Skretač obično ima stožastu strukturu koja pruža veću agresivnost i uglavnom se koristi u mekim slojevima ili konstrukcijama slojeva ugljena.

Trenutna rudarska PDC bita su sažeta i organizirana, zajedno s kriterijima odabira za PDC bita pod različitim radnim i formacijskim uvjetima, kao što je prikazano u Tablici 1 za referencu.

3. Mjere opreza pri korištenju rudarskih PDC bitova

Osim pažljivog odabira svrdla, jednako je važno pravilno koristiti ove alate. S obzirom na izazovne uvjete izgradnje u rudnicima ugljena, radnici se često bore da se striktno pridržavaju smjernica za rad PDC svrdla, što rezultira čestim slučajevima kvara nastavnih bitova zbog nepravilnog rukovanja. U nastojanju da se poveća učinkovitost bušenja, neka rudarska područja mogu neselektivno povećati težinu svrdla tijekom rada, što dovodi do preranog kvara svrdla. Ispravno korištenje PDC bitova može optimizirati njihovu izvedbu i smanjiti troškove proizvodnje. Prilikom korištenja PDC bitova treba obratiti pozornost na sljedeće:

(1) Obratite pozornost na odnos stupnjevanja između PDC krune i alata za bušenje, osiguravajući da se bušaća cijev velikog promjera ne podudara s bušaćom cijevi premalog promjera, a bušaća cijev malog promjera ne podudara s bušaćom cijevi velikog promjera.

(2) Optimalni pristup je korištenje specijalizirane bušilice za rupe ili starog svrdla za izradu gnijezda, pri čemu se osigurava da se u procesu bušenja izbjegne blizina vijaka sa strane trake, sidrenih kabela i sličnih prepreka.

(3) Prilikom izvođenja radova bušenja bitno je regulirati dovodni tlak kako bi se spriječile nezgode uzrokovane prekomjernim tlakom unutar bušotine.

(4) Molimo koristite tehniku ​​bušenja čiste vode, uzdržavajući se od suhog bušenja ili bušenja pod pritiskom zraka. Prije početka operacija tlačnog bušenja, osigurajte odgovarajuću cirkulaciju vode unutar rupe kako biste spriječili potencijalne incidente sagorevanja u njenom dnu.

(5) Prilikom uklanjanja nastavka pazite da ne stegnete ili ne udarite u PDC rezač. Osim toga, budite oprezni da ne udarite oštricu svrdla.

4. Zaključak

Sigurno i učinkovito ekološko rudarenje ugljena dosljedno je središnja tema koju zagovara industrija ugljena. Učinkovito korištenje PDC kruna za operacije podzemnog bušenja u rudnicima ugljena ima veliku važnost. Ovaj rad analizira načine kvarova rudarskih PDC bitova, razjašnjavajući primarne uzroke iza različitih oblika kvarova. Predlaže optimalne strategije dizajna i odabira bitova u različitim radnim uvjetima i geološkim formacijama, dok sažima mjere opreza za njihovu upotrebu, čime se daje referenca za poboljšani odabir i primjenu rudarskih PDC bitova. Razborit odabir i pravilno korištenje rudarskih PDC bitova može maksimalno povećati njihovu učinkovitost, smanjiti rasipanje resursa i poboljšati sigurnost, učinkovitost i ekološki prihvatljive prakse u rudarstvu ugljena.