A PDC bitek optimális kiválasztása a szénbányászathoz
A fúrólyuképítés a szénbányák gázszabályozásának, vízkárelhárításának, geológiai feltárásának széles körben alkalmazott műszaki módszere, amely döntő szerepet játszik a széntermelés biztonságának és hatékonyságának biztosításában. Kínában évente több tízmillió méternyi fúrási lyukat hoznak létre a szénbányákban. Az építési folyamat fúróberendezések, például fúrók, fúrócsövek és fúrószárak támogatását igényli. Közülük a fúrók nélkülözhetetlen eszközök a lyukak közvetlen kialakításához és a sziklák töréséhez.
A polikristályos gyémánt kompozit lemezt (PDC) széles körben használják bányászati fúrószáraknál kivételes kopásállóságának és dicséretes ütésállóságának köszönhetően.PDC bitekmeghosszabbítja a fúrási élettartamot és megnöveli a behatolási hatékonyságot, ha közepes keménységű és alacsonyabb kőzetképződményekben alkalmazzák, ezáltal jelentős gazdasági előnyökkel jár a szénbányák fúrása során. Az olajfúrással összehasonlítva a szénbányászati fúrások költséghatékonyak, időhatékonyak és túlzottan nagy DC-igényűek.
A bányászat jelenlegi kihívásaiPDC biteka következőket tartalmazza: ①A PDC bitek bányászatának belépési küszöbe viszonylag alacsony, és számos gyártó kínál különböző minőségi szintet. ②A szénbányákban végzett földalatti fúrások felhasználása és követelményei nyilvánvaló eltéréseket mutatnak, míg a bányászati PDC bitek besorolása bonyolult és változatos. Ezenkívül hiányoznak a szisztematikus és racionális kiválasztási előírások a későbbi hasznosítási folyamatban. ③A szénbányákban az összetett kemény rétegek növekvő elterjedésével a hagyományos bányászati PDC bitek nem felelnek meg a hatékony helyszíni fúrás építési követelményeinek, ami lassú haladást vagy akár a felvételek teljes hiányát eredményezi. az építőipari személyzet által végzett fúrási eljárások néha nehézkesek lehetnek.
A bányászat működési hatékonyságának növelése érdekébenPDC bitek, ez a cikk átfogó elemzést nyújt az elsődleges meghibásodási módokról, és megvizsgálja az egyes meghibásodási formák mögöttes okait. Ezen túlmenően gyakorlati ajánlásokat javasolunk ezeknek a biteknek a körültekintő kiválasztásához és figyelmes használatához.
1. A PDC bithiba formájának és okainak elemzése a bányászatban
Jelenleg a PDC bitek bányászatának alkatrészei elsősorban a bittestből, PDC-vágókból, mérőötvözetekből és egyéb alkatrészekből állnak, amint az 1. ábrán látható. A PDC-vágók és a mérőötvözetek a bittestre vannak keményforrasztva, hogy biztosítsák biztonságos rögzítésüket. A rendszeres fúrási műveletek során a fúrórúd a nyomatékot és az előtolási nyomást továbbítja a furat aljára, ahol összekapcsolódik a fúróval. A kőzetvágási folyamat a fúrószáron lévő PDC-vágók használatával valósul meg. Ezenkívül a mérőötvözetek védelmet nyújtanak a túlzott kopás ellen azáltal, hogy védik a bittest kerületi integritását. Meg kell azonban jegyezni, hogy a különféle tényezők, mint például a PDC fúróval történő kővágás során a furat alján lévő vágóerőre ható összetett erők, a formáció jellemzőinek változásai, az építési technikák és berendezések kiválasztása, az építési tevékenységekben részt vevő személyzet működési jártassága, valamint magukra a bitekre vonatkozó minőség-ellenőrzési intézkedések jelentősen befolyásolhatják az alkalmazás hatékonyságát, ami ezeknek a biteknek a meghibásodásának különböző formáihoz vezethet. A szénbányák fúróhelyein végzett vizsgálat során összefoglaltuk és elemeztük a különböző meghibásodási módokat és az ezekhez kapcsolódó elsődleges okokat.PDC bitek.
1.1 A PDC vágó meghibásodása akkor fordul elő, amikor a PDC-t magas hőmérsékleten és nagy nyomáson szinterelik. A kompozit lemez két fő összetevőből áll: egy gyémántrétegből és egy keményfém mátrixból, amint azt a 2. ábra mutatja.
A PDC-vágók elsődleges meghibásodási módjai közé tartozik a normál kopás, leválás, a penge összeomlása és a rétegvesztés.
(1) Rendszeres kopás
A normál kopás jelensége a PDC maróknál a kőzetvágási folyamat során fellépő tipikus károsodás, amelyet elsősorban jelentős makroszkopikus csiszolási veszteség jellemez mind a gyémántrétegben, mind a marók cementált keményfém mátrixában, anélkül, hogy a csiszolófelületen látható repedésnyomok keletkeznének.
(2) Forgácsesés
A forgácsesés jelensége akkor fordul elő, amikor a PDC-vágók leválanak a bittestről, ami bithibát eredményez. A legszembetűnőbb jellemző a PDC marók teljes leválasztása a fúrótesttől, és nem található ötvözetmaradék a gödörben, ahol a bittest és a PDC marók között hegesztés történik.
A leeső fólia csökkenéséhez hozzájáruló elsődleges tényezők:
① A megemelkedett hőmérséklet a fúrólyuk alján kihívásokhoz vezet a száraz fúrás építési technológiájában vagy a fúrási folyamat során vízdugók kialakulásában, miközben akadályozza a fúró PDC maróinak időben történő lehűlését a nagy sebességű forgó kőzetvágás során. Következésképpen a lyuk alján jelentősen megemelkedik a hőmérséklet, ami meghaladhatja a forrasztás kritikus hőmérsékletét, és a forrasztás megolvadásához, majd a PDC-vágók leválásához vezethet.
② A fúróhegesztési folyamat szabályozása nem kellően szigorú. A hegesztési eljárás során hiányzik a hegesztés előtti megfelelő tisztítás, hibás hegesztések vagy nem megfelelő kipufogógáz-kezelés, és ésszerűtlen hőmegőrzési hőmérséklet vagy nem elegendő a hegesztés utáni idő, amelyek mindegyike bitleválást eredményezhet. Amellett, hogy a gyártók megkövetelik a gyártási folyamat szigorú szabályozását (különösen a PDC-vágó hegesztési eljárást), hogy biztosítsák a teljes és tömör varratokat, a fúrás építési eljárását is tisztázni kell, lehetőség szerint a vízfúrás mellett döntve, és kerülni kell a száraz fúrásos konstrukciót. Mélylyukfúrásnál a rúdfúrás hozzáadása előtt gondoskodni kell arról, hogy a víz visszatérjen. Ezenkívül minden alkalommal, mielőtt behelyezné a fúrót a furat aljába, feltétlenül ellenőrizze, hogy nincs-e akadály az eltömődés elkerülése érdekében.
(3) Pengetörés
A PDC-vágók gyémántrétegének törése a meghibásodás egyik gyakori módjaPDC bitek. Ennek a meghibásodási módnak a jellegzetessége a gyémántréteg helyi szakadása, amely egyes esetekben a keményfém mátrix melletti egyidejű törést eredményez.
A PDC bitek törésének fő okai:
① A PDC vágó jellemzői alapján kiválasztott vágó alacsony ütésállóságot mutat. A wolfram-karbid (WC) és a gyémánt mikropor együttes szilárdsága nem elegendő, ezért hajlamos a tönkremenetelre a kőzettöredezettség hatására;
② Az építési folyamattal kapcsolatos tényezők azt jelzik, hogy a helyszíni építési nyomás túlzottan magas. A PDC maró által a fúrófejre gyakorolt nyomás jelentősen meghaladja a maró nyomáshatárát, ami a gyémántréteg kipattogásához, majd a vágóél összeomlásához vezet.
③ Az összetett képződményekkel kapcsolatos tényezők arra utalnak, hogy a kemény, töredezett képződmények építése során a PDC marók ütési terhelése meghaladja azok ütésállóságát, ami a vágóél összeomlásához vezethet.
④ A bit vágási szögének kialakítása nem megfelelő, mivel nem tartja be azt az elvet, hogy a keményebb kialakítás nagyobb vágási szöget igényel. Kemény képződmények felépítésénél a kisebb vágási szög túlzott erőhatást eredményezhet a PDC vágóra, ami végső soron a vágóél összeomlásához vezethet.
⑤ Egyéb tényezők arra utalnak, hogy a földalatti utakon a tartócsavarok és horgonykábelek elrendezése rendkívül hajlamossá teszi a fúrószár összeesését, ha ezekkel az elemekkel találkozik. A fúrófej meghibásodásának megelőzése érdekében nem csak a fúrási útmutatóban leírt folyamatparaméterek szigorú betartása elengedhetetlen, hanem a fúró kialakítása és kiválasztása a formázási feltételek alapján is. Konkrétan kemény képződményekbe fúráskor célszerű megfelelően növelni a fúró vágási szögét, csökkenteni az agresszivitását és fokozni a fúró védelmét. Ezen túlmenően a nagyobb ütésállóságú PDC marók kiválasztása ajánlott kemény, repedezett képződmények átfúrásához vagy a maró gyémántrétegének külső alakjának módosításához az ütésállóság javítása érdekében; például az ívelt PDC marók általában jobb ütésállóságot mutatnak, mint a lapos típusok. Ezenkívül a lyukak ésszerű elrendezését az építés során kell megvalósítani, hogy elkerüljük a csavarok és a horgonykábelek fúrását.
(4) Delamináció
A delamináció a gyémántréteg leválását jelenti a cementált keményfém mátrixról PDC kompozit lemezekben, a 3. ábrán látható módon.
A PDC marók gyémántrétegében a delamináció elsődleges oka a gyémántréteg és a cementált keményfém mátrix között fennálló jelentős maradékfeszültség, amely a hőtágulási együtthatójuk jelentős különbségével párosul. A kőzetvágás során a gyémántréteg és a cementált keményfém mátrix aszinkron összehúzódást tapasztal a mosófolyadékok súrlódási hője és hűtése által generált termikus feszültségek miatt. Az ebből eredő ütőterhelés és a maradék feszültség a gyémántréteg leválásához vezet a keményfém mátrixról, ami végül a fúrófej meghibásodásához vezet. A delamináció mérséklése érdekében elengedhetetlen a megfelelő kötőanyagok és feldolgozási technológiák kiválasztása, amelyek kezelik a gyártás során a két komponens közötti maradék feszültséget. Ezenkívül a mátrix új felületi alakjának megtervezése javíthatja a gyémántréteg és a cementált karbid mátrix közötti kötési tulajdonságokat.
1.2 A fúrótest meghibásodását elsősorban a fúrótestben lévő pengetörések jellemzik, amint az a 4. ábrán látható.
A fúrótest pengetörése többnyire a fúrófejben, az acéltestű bit ritkán fordul elő. A fúrótest pengéje törésének okai a következők: ① A fúrótest kicsavarásakor a fúrótest pengéjének ütése, mert a fúrótest koronája porkohászati eljárással egy időben szintereződik. a hagyományos acéltesthez képest. a bittest nagyobb kopásállósággal rendelkezik. de a test anyagának szívóssága ennek megfelelően csökken, és a fúrótest kicsavarásakor könnyen eltörik a fúrótest pengéje; ② A bit szinterezési folyamat ellenőrzése nem szigorú. és a szinterezett bittest magával ragad, és a fémpor nem tud ötvözetet képezni.A penge eltörésének elkerülése érdekében. a felhasználónak jobb volt olyan eszközöket használnia, mint a fogászati fogó, hogy segítse a bilincset a fúró lecsavarásakor. hogy elkerüljük a penge ütődését; Másodszor. a gyártóknak szigorúan ellenőrizniük kell a szinterezett test minőségét. nemcsak a szinterezési folyamat szigorú ellenőrzésére. hanem időnként ellenőrizni kell a fémport, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a por megfelel a folyamat követelményeinek.
2. Optimalizált tervezés és a bányászati PDC bit ésszerű kiválasztása
2.1 A fúrószár optimalizálása
(1) A fúró tönkremeneteléhez a fúrószerkezet optimalizálása szükséges. A PDC bit fő tervezési paraméterei közé tartozik az α vágási szög. oldalszög β. azimut Szög γ. stb. γ a PDC fogak orientációs referenciavonala és a bit középvonala közötti szögre utal. Az α a PDC fog orientációs referenciavonala és a maró munkasíkja közötti szöget jelenti. amint az 5. ábrán látható. β a középponton átmenő sík és a fúró középvonala és a maró munkasíkja közötti szöget jelenti. Az előzetes kutatás és az átfogó alkalmazáselemzés azt mutatja, hogy a PDC marók vágási szöge és oldalszöge közvetlenül befolyásolhatja a fúró élettartamát és fúrási hatékonyságát. és optimalizálni kell a fúrófej kialakítását a különböző fúrási formák szerint. A vágási szög kialakítása nagyban befolyásolja a fúrás hatékonyságát. vagy egyáltalán nincs felvétel; Ha a vágási szög túl kicsi. a PDC vágóél hajlamos a törésre és egyéb jelenségekre. Ezért. a fúrókialakítást átfogóan figyelembe kell venni a paraméterséma kiválasztásakor, mérsékelt vágási szöget és oldalszöget választva véletlenszerű tervezés helyett.
(2) A bit vágási szögének optimalizálása mellett elengedhetetlen a PDC marók optimalizálása is. A PDC marók minősége jelentősen befolyásolja a PDC bitek bányászatát, mivel közvetlenül meghatározza azok vágási teljesítményét és élettartamát. A PDC minőségének javításában kritikus tényező a maradék feszültség megszüntetése a gyémántréteg és a cementált karbid mátrix közötti kötési határfelületen. A kutatások azt mutatják, hogy a sík felületi szerkezetű PDC marókban a maximális feszültség ennek a határfelületnek mindkét oldala közelében összpontosul, a csúcs húzó- és nyírófeszültségek pedig a gyémántréteg szélén jelentkeznek. A húzófeszültség jelenléte abnormális töréshez vezethet a PDC-ben, míg a nyírófeszültség a PDC-vágók delaminációjának elsődleges oka.
(3) Amellett, hogy kiküszöböli a maradék feszültséget a PDC-vágókban, a másodlagos kezelések tovább javíthatják azok minőségét. Jelenleg az elsődleges felületkezelési módszerek közé tartozik a gyémánt felületcsiszolás, élletörés és alakos megmunkálás. A PDC marók kiválasztása a tényleges munkakörülmények alapján optimalizálható.
2.2 A fúrószárak ésszerű kiválasztása
Jelenleg a legtöbb bányászati területen a mélyfúrásnál használt PDC bitek túlnyomórészt háromszárnyú, homorú kialakításúak. Ezeknek a biteknek a kiválasztása azonban gyakran korlátozott, és nincs besorolva, ami egy mindenki számára megfelelő megközelítést eredményez, amely nem felel meg megfelelően a különböző rétegek sajátos követelményeinek. Ez különösen problémás bonyolult formázási körülmények között, ahol a hagyományos homorú fúrók nehezen tudnak kielégítő teljesítményt nyújtani, ami lerövidíti a bit élettartamát és csökkenti a fúrási hatékonyságot. Az ilyen hiányosságok nemcsak a termelési költségeket növelik, hanem az építkezés ütemezését is megzavarhatják, és jelentős gazdasági veszteségekkel járhatnak. Ezért elengedhetetlen a megfelelő fúrószárak kiválasztása a változó formázási körülményekhez.
A bányászati PDC biteket a fúrótest anyaga alapján két fő típusba sorolhatjuk: acél típusra és gumiabroncs típusra. Az acél típusú fúrótestek feldolgozása elsősorban mechanikai módszerekkel történik, jó szívósságot biztosítva, amely alkalmassá teszi őket a hagyományos formázófúrási műveletekre. Ezzel szemben a gumiabroncs típusú fúrótesteket porkohászati eljárással szinterelik, ami nagy kopásállóságot kínál, ideális kemény kőzetfúráshoz vagy hosszabb fúrási feladatokhoz. Ezenkívül a fúrószárak különféle szerkezetekbe sorolhatók, beleértve a belső homorú, ívsarkot, lapos fenéket, kaparót és egyebeket, amint azt a 7. ábra szemlélteti. ①A homorú fúrószár konkáv szerkezeti kialakítása fokozza az egyengető hatást a hagyományos formáció konstrukciója során; ②Az ívfúró fogak szétszórt elrendezése nagyobb fogsűrűséget és jobb fúrási hatékonyságot eredményez, ha közepesen kemény rétegekkel dolgozik; ③ A lapos fenekű fúró peremformája majdnem lapos, ami élesíti az oldalsó éleket, hogy megkönnyítse a ferdeséget – ezt a kialakítást túlnyomórészt irányított fúrási alkalmazásokhoz használják; ④A kaparófej jellemzően kúpos szerkezettel rendelkezik, amely nagyobb agresszivitást biztosít, és főként lágy rétegekben vagy szénvarrat-szerkezetekben alkalmazzák.
A jelenlegi bányászati PDC bitek összefoglalásra és rendszerezésre kerültek, valamint a PDC bitek kiválasztási kritériumai különböző működési és formálási körülmények között, amint az az 1. táblázatban található referenciaként.
3. A bányászati PDC bit óvintézkedések használata
A fúrószárak gondos megválasztása mellett ugyanolyan fontos ezeknek az eszközöknek a megfelelő használata. A szénbányák nehéz építési körülményei miatt a dolgozók gyakran küzdenek azért, hogy szigorúan betartsák a PDC bit működési irányelveit, ami a nem megfelelő kezelés miatt gyakori bithibákat eredményez. A fúrás hatékonyságának növelése érdekében egyes bányászati területek válogatás nélkül növelhetik a fúrófej súlyát a műveletek során, ami idő előtti bithibához vezethet. A PDC bitek helyes felhasználása optimalizálhatja a teljesítményüket és csökkentheti a gyártási költségeket. A PDC bitek használatakor figyelni kell a következő szempontokra:
(1) Ügyeljen a PDC bit és a fúrószerszám közötti osztályozási kapcsolatra, biztosítva, hogy a nagy átmérőjű fúrócső ne illeszkedjen túl kis átmérőjű fúrócsőhöz, és a kis átmérőjű fúrócső ne illeszkedjen a nagy átmérőjű fúrószárhoz.
(2) Az optimális megközelítés egy speciális lyukfúró vagy egy elöregedett fúró használata a fészeképítéshez, miközben gondoskodik arról, hogy a fúrási folyamat elkerülje a sávoldali csavarok, horgonykábelek és hasonló akadályok közelségét.
(3) A fúrási műveletek végzésekor elengedhetetlen a betáplálási nyomás szabályozása a fúrólyukon belüli túlnyomás okozta balesetek elkerülése érdekében.
(4) Kérjük, használja a tiszta vizes fúrási technikát, tartózkodjon a szárazfúrástól vagy a nyomás alatti fúrástól. A nyomás alatti fúrási műveletek megkezdése előtt biztosítsa a megfelelő vízkeringést a lyukon belül, hogy elkerülje a lehetséges égési eseményeket a furat alján.
(5) A bit eltávolításakor ügyeljen arra, hogy elkerülje a PDC vágó beszorulását vagy ütközését. Ezenkívül ügyeljen arra, hogy ne üsse el a fúrótest pengéjét.
4. Következtetés
A szén biztonságos és hatékony zöldbányászata folyamatosan a szénipar által szorgalmazott központi téma. A PDC bitek hatékony felhasználása a szénbányák földalatti fúrási műveleteihez nagyon fontos. Ez a cikk a PDC bitek bányászatának meghibásodási módjait elemzi, megvilágítva a különböző hibaformák mögött meghúzódó elsődleges okokat. Optimális tervezési és kiválasztási stratégiákat javasol a bitekhez különböző munkakörülmények és geológiai képződmények esetén, miközben összefoglalja a használatukra vonatkozó óvintézkedéseket, ezáltal referenciaként szolgál a bányászati PDC bitek jobb kiválasztásához és alkalmazásához. A bányászati PDC bitek megfontolt kiválasztása és megfelelő felhasználása maximalizálhatja hatékonyságukat, minimalizálhatja az erőforrás-pazarlást, valamint fokozhatja a szénbányászat biztonságát, hatékonyságát és környezetbarát gyakorlatát.