Pemilihan Optimum Bit PDC untuk Perlombongan Arang Batu

Pembinaan lubang gerudi ialah kaedah teknikal yang digunakan secara meluas untuk kawalan gas, pencegahan kerosakan air, dan penerokaan geologi dalam lombong arang batu, yang memainkan peranan penting dalam memastikan keselamatan dan kecekapan pengeluaran arang batu. Di China, berpuluh-puluh juta meter lubang penggerudian dicipta setiap tahun di lombong arang batu. Proses pembinaan memerlukan sokongan peralatan penggerudian seperti gerudi, paip gerudi, dan mata gerudi. Antaranya, gerudi adalah alat penting untuk membentuk lubang secara langsung dan memecahkan batu.

Lembaran komposit berlian kristal poli (PDC) digunakan secara meluas dalam mata gerudi perlombongan kerana rintangan hausnya yang luar biasa dan keliatan impak yang patut dipuji.bit PDCmempamerkan jangka hayat penggerudian yang berpanjangan dan kecekapan penembusan yang lebih tinggi apabila digunakan dalam formasi batuan sederhana keras dan rendah, sekali gus menghasilkan manfaat ekonomi yang besar dalam operasi penggerudian lombong arang batu. Berbanding dengan penggerudian minyak, penggerudian perlombongan arang batu mempunyai sifat teknikal yang menjimatkan kos, cekap masa dan direka bentuk padat. Oleh itu, permintaan keseluruhannya tidak terlalu besar.

Cabaran semasa yang dihadapi dalam perlombonganbit PDCtermasuk: ①Ambang kemasukan untuk perlombongan bit PDC adalah agak rendah, dengan banyak pengeluar menawarkan tahap kualiti yang berbeza-beza. ②Kegunaan dan keperluan penggerudian bawah tanah di lombong arang batu menunjukkan perbezaan yang jelas, manakala klasifikasi bit PDC perlombongan adalah rumit dan pelbagai. Tambahan pula, terdapat kekurangan spesifikasi pemilihan yang sistematik dan rasional dalam proses penggunaan berikutnya. ③Dengan peningkatan kelaziman strata keras yang kompleks dalam lombong arang batu, bit PDC perlombongan konvensional gagal memenuhi keperluan pembinaan untuk penggerudian di tapak yang cekap, mengakibatkan contoh kemajuan yang perlahan atau bahkan kekurangan rakaman yang lengkap.④Disebabkan oleh keadaan pembinaan yang mencabar, penggerudian yang ketat dalam keadaan lombong yang sukar. prosedur oleh kakitangan pembinaan kadangkala sukar.

Bagi meningkatkan keberkesanan operasi perlombonganbit PDC, kertas kerja ini menyediakan analisis menyeluruh tentang mod kegagalan utama dan menyiasat punca asas bagi setiap bentuk kegagalan. Selain itu, cadangan praktikal dicadangkan untuk pemilihan berhemat dan penggunaan berhati-hati bit ini.

1.Analisis Bentuk dan Punca Kegagalan Bit PDC dalam Perlombongan

Pada masa ini, komponen perlombongan bit PDC terutamanya terdiri daripada badan bit, pemotong PDC, aloi tolok dan bahagian lain seperti yang digambarkan dalam Rajah 1. Pemotong PDC dan aloi tolok dipateri pada badan bit untuk memastikan lekatannya selamat. Semasa operasi penggerudian biasa, rod gerudi menghantar tork dan tekanan suapan ke bahagian bawah lubang di mana ia terlibat dengan mata gerudi. Proses pemotongan batu dilakukan melalui penggunaan pemotong PDC pada mata gerudi. Selain itu, aloi tolok melindungi daripada haus berlebihan dengan melindungi integriti lilitan badan bit. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa pelbagai faktor seperti daya kompleks yang dikenakan pada pemotong di bahagian bawah lubang semasa pemotongan batu dengan bit PDC, perubahan dalam ciri pembentukan, pemilihan teknik dan peralatan pembinaan, kecekapan operasi kakitangan yang terlibat dalam aktiviti pembinaan bersama-sama dengan langkah kawalan kualiti untuk bit itu sendiri boleh memberi kesan ketara terhadap keberkesanan aplikasi yang membawa kepada pelbagai bentuk kegagalan untuk bit ini. Melalui penyiasatan yang dijalankan di tapak penggerudian lombong arang batu, kami telah merumuskan dan menganalisis mod kegagalan yang berbeza dan punca utama yang berkaitan denganbit PDC.

1.1 Kegagalan pemotong PDC berlaku apabila PDC disinter di bawah keadaan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Lembaran komposit terdiri daripada dua komponen utama: lapisan berlian dan matriks karbida, seperti yang digambarkan dalam Rajah 2.

Mod kegagalan utama pemotong PDC termasuk haus biasa, mengelupas, keruntuhan bilah dan penembusan.

(1) Haus dan lusuh yang kerap

Fenomena haus biasa adalah sejenis kerosakan tipikal yang berlaku pada pemotong PDC semasa proses pemotongan batu, terutamanya dicirikan oleh kehilangan pengisaran makroskopik yang ketara dalam kedua-dua lapisan berlian dan matriks karbida bersimen pemotong, tanpa sebarang kesan keretakan yang jelas pada permukaan pengisaran.

(2) Kejatuhan cip

Fenomena kejatuhan cip berlaku apabila pemotong PDC terlepas dari badan bit, mengakibatkan kegagalan bit. Ciri yang paling menonjol ialah pemisahan lengkap pemotong PDC daripada badan bit, tanpa sisa aloi ditemui di dalam lubang tempat kimpalan antara badan bit dan pemotong PDC berlaku.

Faktor utama yang menyumbang kepada penurunan filem jatuh:

① Suhu tinggi di bahagian bawah lubang gerudi membawa kepada cabaran dalam teknologi pembinaan penggerudian kering atau pembentukan palam air semasa proses penggerudian, sementara juga menghalang penyejukan tepat pada masanya pemotong PDC pada gerudi semasa pemotongan batu berputar berkelajuan tinggi. Akibatnya, terdapat kenaikan suhu yang ketara di bahagian bawah lubang, yang boleh melepasi suhu kritikal pateri dan mengakibatkan pencairan pateri dan detasmen seterusnya pemotong PDC.

② Kawalan proses kimpalan gerudi tidak cukup ketat. Dalam prosedur kimpalan, terdapat kekurangan pembersihan yang betul sebelum kimpalan, kimpalan yang rosak atau pengurusan gas ekzos yang tidak mencukupi, dan suhu pemeliharaan haba yang tidak munasabah atau masa yang tidak mencukupi selepas kimpalan, yang semuanya boleh mengakibatkan detasmen bit. Selain daripada menuntut pengilang untuk mengawal ketat proses pengeluaran (terutamanya proses kimpalan pemotong PDC) untuk memastikan kimpalan yang lengkap dan kukuh, ia juga perlu untuk menjelaskan prosedur pembinaan penggerudian dengan memilih penggerudian air apabila boleh dan mengelakkan pembinaan penggerudian kering. Untuk penggerudian lubang dalam, perlu dipastikan bahawa air kembali sebelum menambah penggerudian rod. Selain itu, setiap kali sebelum memasukkan gerudi ke dalam bahagian bawah lubang, adalah penting untuk memeriksa sama ada terdapat sebarang halangan untuk mengelakkan penyumbatan.

(3) Pecah pisau

Patah lapisan berlian dalam pemotong PDC mewakili mod kegagalan yang lazim untukbit PDC. Ciri ciri mod kegagalan ini ialah pecah setempat lapisan berlian, dengan beberapa keadaan mengakibatkan pecah serentak bersama matriks karbida.

Punca utama kerosakan bit PDC:

① Pemotong yang dipilih berdasarkan ciri-ciri yang wujud pada pemotong PDC mempamerkan rintangan hentaman yang rendah. Kekuatan gabungan tungsten karbida (WC) dan serbuk mikro berlian tidak mencukupi, menjadikannya terdedah kepada kegagalan di bawah tekanan pemecahan batu;

② Faktor yang berkaitan dengan proses pembinaan menunjukkan bahawa tekanan pembinaan di tapak adalah terlalu tinggi. Tekanan yang dikenakan oleh pemotong PDC pada bit dengan ketara melebihi had tekanan pemotong, membawa kepada spalling lapisan berlian dan keruntuhan seterusnya pemotongan.

③ Faktor-faktor yang berkaitan dengan formasi kompleks menunjukkan bahawa semasa pembinaan formasi yang keras dan patah, beban hentaman pada pemotong PDC melebihi keliatan hentamannya, yang boleh menyebabkan keruntuhan bahagian canggih.

④ Reka bentuk sudut pemotongan bit tidak mencukupi, kerana ia tidak mematuhi prinsip bahawa pembentukan yang lebih keras memerlukan sudut pemotongan yang lebih besar. Dalam pembinaan formasi keras, sudut pemotongan yang lebih kecil boleh mengakibatkan daya yang berlebihan pada pemotong PDC, akhirnya membawa kepada keruntuhan tepi pemotongan.

⑤ Faktor lain menunjukkan bahawa susunan bolt penyokong dan kabel penambat di jalan raya bawah tanah menjadikannya sangat terdedah untuk mata gerudi runtuh apabila bertemu dengan unsur-unsur ini. Untuk mengelakkan kegagalan bit, adalah penting bukan sahaja untuk mematuhi parameter proses yang digariskan dalam manual arahan penggerudian tetapi juga untuk mereka bentuk dan memilih gerudi berdasarkan keadaan pembentukan. Khususnya, apabila menggerudi ke dalam formasi keras, adalah dinasihatkan untuk meningkatkan sudut pemotongan bit dengan sewajarnya, mengurangkan keagresifannya, dan meningkatkan perlindungan untuk bit. Selain itu, memilih pemotong PDC dengan keliatan impak yang lebih tinggi adalah disyorkan apabila menggerudi melalui formasi patah keras atau mengubah suai bentuk luaran lapisan berlian pemotong untuk meningkatkan keliatan impak; sebagai contoh, pemotong PDC melengkung biasanya mempamerkan rintangan hentaman yang lebih baik daripada jenis rata. Tambahan pula, susun atur lubang yang munasabah semasa pembinaan perlu dilaksanakan untuk mengelakkan penggerudian ke dalam bolt dan kabel penambat.

(4) Delaminasi

Delaminasi merujuk kepada detasmen lapisan berlian daripada matriks karbida bersimen dalam kepingan komposit PDC, seperti yang digambarkan dalam Rajah 3.

Punca utama penembusan dalam lapisan berlian pemotong PDC ialah tegasan baki yang banyak terdapat di antara lapisan berlian dan matriks karbida bersimen, ditambah pula dengan perbezaan ketara dalam pekali pengembangan haba mereka. Semasa pemotongan batu, lapisan berlian dan matriks karbida bersimen mengalami penguncupan tak segerak akibat tegasan terma yang dijana oleh haba geseran dan penyejukan daripada cecair pencuci. Beban impak yang terhasil dan tegasan sisa membawa kepada pengelupasan lapisan berlian daripada matriks karbida, akhirnya mengakibatkan kegagalan mata gerudi. Untuk mengurangkan delaminasi, adalah penting untuk memilih bahan ikatan yang sesuai dan teknologi pemprosesan yang menangani tekanan baki antara kedua-dua komponen ini semasa pembuatan. Selain itu, mereka bentuk bentuk antara muka baharu untuk matriks boleh meningkatkan sifat ikatan antara lapisan berlian dan matriks karbida bersimen.

1.2 Kegagalan badan gerudi dicirikan terutamanya oleh keretakan bilah dalam badan gerudi, seperti yang digambarkan dalam Rajah 4.

 

Patah bilah badan bit kebanyakannya berlaku pada bit badan dan bit badan keluli jarang berlaku. Sebab-sebab keretakan bilah badan bit adalah seperti berikut: ① Memukul bilah badan bit apabila membuka skru badan bit kerana mahkota badan bit disinter oleh proses metalurgi serbuk pada satu masa. berbanding dengan bit badan keluli biasa. bit badan bit mempunyai rintangan haus yang lebih tinggi. tetapi keliatan bahan badan berkurangan dan mudah untuk memecahkan bilah badan bit apabila membuka skru badan bit; ② Kawalan proses pensinteran bit tidak ketat. dan badan bit tersinter adalah entrainment dan serbuk logam gagal membentuk aloi.Untuk mengelakkan bilah pecah. pengguna lebih baik menggunakan alatan seperti playar pergigian untuk membantu belenggu semasa membuka skru gerudi. supaya tidak mengetuk bilah; Kedua. pengilang harus mengawal dengan ketat kualiti badan tersinter. bukan sahaja untuk mengawal ketat proses pensinteran. tetapi juga untuk memantau serbuk logam dari semasa ke semasa untuk memastikan bahawa serbuk memenuhi keperluan proses.

2. Reka Bentuk Dioptimumkan dan Pemilihan Munasabah Bit PDC Perlombongan

2.1 Reka bentuk pengoptimuman mata gerudi

(1) Untuk bentuk kegagalan bit, adalah perlu untuk mengoptimumkan strukturnya daripada reka bentuk gerudi. Parameter reka bentuk utama bit PDC termasuk memotong Sudut α. Sudut sisi β. Sudut azimut γ. dsb. γ merujuk kepada Sudut antara garis rujukan orientasi gigi PDC dan garis tengah bit. α merujuk kepada Sudut antara garis rujukan orientasi gigi PDC dan satah kerja pemotong. seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5. β merujuk kepada Sudut antara satah melalui titik tengah dan garis tengah bit dan satah kerja pemotong. seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6. Penyelidikan awal dan analisis aplikasi komprehensif menunjukkan bahawa Sudut pemotongan dan Sudut sisi pemotong PDC secara langsung boleh menjejaskan hayat dan kecekapan penggerudian bit. dan adalah perlu untuk mengoptimumkan reka bentuk bit mengikut formasi penggerudian yang berbeza. Reka bentuk Sudut Pemotongan akan mempengaruhi kecekapan penggerudian. atau bahkan tiada rakaman langsung; Jika Sudut pemotongan terlalu kecil. canggih PDC terdedah kepada pecah dan fenomena lain. Oleh itu. reka bentuk gerudi perlu dipertimbangkan secara menyeluruh apabila memilih skema parameter memilih Sudut pemotongan sederhana dan Sudut sisi daripada reka bentuk rawak.

(2) Selain mengoptimumkan sudut pemotongan bit, adalah penting untuk mengoptimumkan pemotong PDC juga. Kualiti pemotong PDC sangat mempengaruhi perlombongan bit PDC, kerana ia secara langsung menentukan prestasi pemotongan dan jangka hayatnya. Faktor kritikal dalam meningkatkan kualiti PDC ialah penghapusan tegasan sisa pada antara muka ikatan antara lapisan berlian dan matriks karbida bersimen. Penyelidikan menunjukkan bahawa tegasan maksimum dalam pemotong PDC dengan struktur antara muka satah tertumpu berhampiran kedua-dua belah antara muka ini, dengan tegasan tegangan dan ricih puncak berlaku di pinggir lapisan berlian. Kehadiran tegasan tegangan boleh membawa kepada keretakan yang tidak normal dalam PDC, manakala tegasan ricih berfungsi sebagai punca utama penembusan dalam pemotong PDC.

(3) Selain menghapuskan tekanan sisa dalam pemotong PDC, rawatan sekunder boleh meningkatkan lagi kualitinya. Pada masa ini, kaedah rawatan permukaan utama termasuk pengisaran permukaan berlian, chamfering tepi, dan pemesinan berbentuk. Pemilihan pemotong PDC boleh dioptimumkan berdasarkan keadaan kerja sebenar.

2.2 Pemilihan mata gerudi yang munasabah

Pada masa ini, bit PDC yang digunakan dalam operasi penggerudian lubang bawah di kebanyakan kawasan perlombongan kebanyakannya menampilkan reka bentuk cekung tiga sayap. Walau bagaimanapun, pemilihan bit ini selalunya terhad dan tidak mempunyai klasifikasi, menghasilkan pendekatan satu saiz untuk semua yang tidak memenuhi keperluan khusus strata yang berbeza dengan secukupnya. Ini amat bermasalah di bawah keadaan pembentukan yang kompleks, di mana bit cekung konvensional berjuang untuk memberikan prestasi yang memuaskan, yang membawa kepada hayat bit yang dipendekkan dan mengurangkan kecekapan penggerudian. Ketidakcekapan tersebut bukan sahaja meningkatkan kos pengeluaran tetapi juga boleh mengganggu jadual pembinaan dan mengalami kerugian ekonomi yang ketara. Oleh itu, adalah penting untuk memilih bit gerudi yang sesuai yang disesuaikan dengan keadaan pembentukan yang berbeza-beza.

Perlombongan bit PDC boleh dikategorikan kepada dua jenis utama berdasarkan bahan badan bit: jenis keluli dan jenis tayar. Badan bit jenis keluli terutamanya diproses melalui kaedah mekanikal, memberikan keliatan yang baik yang menjadikannya sesuai untuk operasi penggerudian pembentukan konvensional. Sebaliknya, badan bit jenis tayar disinter menggunakan proses metalurgi serbuk, menawarkan rintangan haus yang tinggi sesuai untuk penggerudian batu keras atau tugas penggerudian lanjutan. Selain itu, mata gerudi boleh diklasifikasikan kepada pelbagai struktur, termasuk cekung dalaman, sudut lengkok, bahagian bawah rata, pengikis dan lain-lain seperti yang digambarkan dalam Rajah 7. ①Reka bentuk struktur cekung bit cekung meningkatkan kesan meluruskan semasa pembinaan pembentukan konvensional; ②Susunan gigi terserak bit arka menghasilkan ketumpatan gigi yang lebih tinggi dan kecekapan penggerudian yang lebih baik apabila bekerja dengan strata sederhana keras dan ke atas; ③Bentuk bibir bit bawah rata adalah hampir rata, yang menajamkan tepi sisinya untuk memudahkan pencongan—reka bentuk ini kebanyakannya digunakan untuk aplikasi penggerudian arah; ④Bit pengikis biasanya mempunyai struktur kon yang memberikan keagresifan yang lebih besar dan digunakan terutamanya dalam pembinaan lapisan lembut atau jahitan arang batu.

Bit PDC perlombongan semasa telah diringkaskan dan disusun, bersama-sama dengan kriteria pemilihan untuk bit PDC di bawah pelbagai keadaan kerja dan pembentukan, seperti yang dibentangkan dalam Jadual 1 untuk rujukan.

3. Penggunaan Langkah Berjaga-jaga Bit PDC Perlombongan

Selain memilih bit gerudi dengan teliti, adalah sama pentingnya untuk menggunakan alat ini dengan betul. Memandangkan keadaan pembinaan yang mencabar di lombong arang batu, pekerja sering bergelut untuk mematuhi garis panduan operasi bit PDC dengan ketat, mengakibatkan kegagalan bit yang kerap disebabkan oleh pengendalian yang tidak betul. Dalam usaha untuk meningkatkan kecekapan penggerudian, sesetengah kawasan perlombongan mungkin secara sembarangan meningkatkan berat bit semasa operasi, yang membawa kepada kegagalan bit pramatang. Menggunakan bit PDC dengan betul boleh mengoptimumkan prestasinya dan mengurangkan kos pengeluaran. Perhatian harus diberikan kepada pertimbangan berikut apabila menggunakan bit PDC:

(1) Perhatikan hubungan penggredan antara bit PDC dan alat gerudi, memastikan paip gerudi berdiameter besar tidak dipadankan dengan paip gerudi diameter terlalu kecil, dan paip gerudi diameter kecil tidak dipadankan dengan bit gerudi diameter besar.

(2) Pendekatan yang optimum ialah menggunakan gerudi lubang khusus atau mata gerudi yang sudah tua untuk pembinaan sarang, sambil memastikan proses penggerudian mengelakkan sekitar bolt sisi lorong, kabel penambat dan halangan yang serupa.

(3) Apabila menjalankan operasi penggerudian, adalah penting untuk mengawal tekanan suapan untuk mengelakkan kemalangan yang disebabkan oleh tekanan yang berlebihan dalam lubang gerudi.

(4) Sila gunakan teknik penggerudian air bersih, mengelakkan penggerudian kering atau penggerudian udara tekanan. Sebelum memulakan operasi penggerudian tekanan, pastikan peredaran air yang betul di dalam lubang untuk mengelakkan kejadian pembakaran yang berpotensi di pangkalannya.

(5) Apabila mengeluarkan bit, pastikan untuk mengelakkan pengapitan atau pukulan pemotong PDC. Selain itu, berhati-hati untuk tidak memukul bilah badan bit.

4. Kesimpulan

Perlombongan arang batu hijau yang selamat dan cekap secara konsisten menjadi tema utama yang dianjurkan oleh industri arang batu. Penggunaan bit PDC secara berkesan untuk operasi penggerudian bawah tanah di lombong arang batu adalah penting. Kertas kerja ini menganalisis mod kegagalan perlombongan bit PDC, menjelaskan punca utama di sebalik pelbagai bentuk kegagalan. Ia mencadangkan reka bentuk dan strategi pemilihan yang optimum untuk bit di bawah keadaan kerja yang berbeza dan pembentukan geologi, sambil meringkaskan langkah berjaga-jaga untuk penggunaannya, dengan itu menyediakan rujukan untuk pemilihan yang lebih baik dan penggunaan bit PDC perlombongan. Pemilihan yang bijak dan penggunaan bit PDC perlombongan yang betul boleh memaksimumkan keberkesanannya, meminimumkan sisa sumber, dan meningkatkan keselamatan, kecekapan, dan amalan mesra alam dalam perlombongan arang batu.