Optimalt utvalg av PDC-bits for kulldrift

Borehullskonstruksjon er en mye brukt teknisk metode for gasskontroll, vannskadeforebygging og geologisk leting i kullgruver, som spiller en avgjørende rolle for å sikre sikkerheten og effektiviteten til kullproduksjonen. I Kina lages det årlig titalls millioner meter med borehull i kullgruver. Byggeprosessen krever støtte fra boreutstyr som bor, borerør og borkroner. Blant dem er bor essensielle verktøy for direkte å danne hull og bryte steiner.

Polycrystalline diamond composite sheet (PDC) er mye brukt i gruvebor på grunn av sin eksepsjonelle slitestyrke og prisverdige slagfasthet.PDC-biterviser forlenget borelevetid og økt penetrasjonseffektivitet når de brukes i middels harde og lavere fjellformasjoner, og gir dermed betydelige økonomiske fordeler i kullgruveboring. Sammenlignet med oljeboring har kullgruveboring de tekniske egenskapene til å være kostnadseffektive, tidseffektive, og derfor er borekronen generelt ikke utformet for tett. krevende.

Dagens utfordringer innen gruvedriftPDC-biterinkluderer: ① Inngangsterskelen for gruvedrift av PDC-biter er relativt lav, med en rekke produsenter som tilbyr varierende kvalitetsnivåer. ②Bruk og krav til underjordisk boring i kullgruver viser tydelige forskjeller, mens klassifiseringen av gruve-PDC-bits er intrikat og mangfoldig. Videre er det mangel på systematiske og rasjonelle utvalgsspesifikasjoner i den påfølgende bruksprosessen.③Med den økende utbredelsen av komplekse harde lag i kullgruver, klarer ikke konvensjonelle PDC-bits for gruvedrift å oppfylle konstruksjonskravene for effektiv boring på stedet, noe som resulterer i tilfeller av langsom fremgang eller til og med fullstendig mangel på opptak i de strenge konstruksjonsforholdene. boreprosedyrer av byggepersonell kan noen ganger være vanskelige.

For å øke den operasjonelle effektiviteten til gruvedriftPDC-biter, gir denne artikkelen en omfattende analyse av de primære feilmodusene og undersøker de underliggende årsakene til hver form for feil. I tillegg er det foreslått praktiske anbefalinger for forsiktig valg og oppmerksom utnyttelse av disse bitene.

1. Analyse av formen og årsakene til PDC-bitfeil i gruvedrift

For øyeblikket består komponentene i gruve-PDC-bits primært av borkronekroppen, PDC-kuttere, gauge-legeringer og andre deler som vist i figur 1. PDC-kutterne og målelegeringene er loddet på borkronekroppen for å sikre sikker festing. Under vanlige boreoperasjoner overfører borestangen dreiemoment og matetrykk til bunnen av hullet der den griper inn i borkronen. Bergskjæringsprosessen oppnås ved bruk av PDC-kuttere på borkronen. I tillegg beskytter målelegeringer mot overdreven slitasje ved å beskytte den periferiske integriteten til borkronekroppen. Det bør imidlertid bemerkes at ulike faktorer som komplekse krefter som utøves på kutteren ved bunnen av fjellskjæring med en PDC borkrone, endringer i formasjonsegenskaper, valg av konstruksjonsteknikker og utstyr, driftskompetanse hos personell involvert i konstruksjonsaktiviteter sammen med kvalitetskontrolltiltak for borkronene i seg selv kan ha en betydelig innvirkning på applikasjonseffektiviteten som fører til ulike former for feil for disse borkronene. Gjennom en undersøkelse utført ved kullgruveboreplasser, har vi oppsummert og analysert ulike feilmoduser og primære årsaker knyttet tilPDC-biter.

1.1 PDC-kutterfeilen oppstår når PDC sintres under forhold med høy temperatur og høyt trykk. Komposittplaten består av to hovedkomponenter: et diamantlag og en karbidmatrise, som illustrert i figur 2.

De primære sviktmodusene til PDC-kuttere inkluderer normal slitasje, avflassing, bladkollaps og delaminering.

(1) Regelmessig slitasje

Fenomenet normal slitasje er en type typisk skade som oppstår i PDC-kuttere under fjellskjæringsprosessen, primært preget av betydelig makroskopisk slipetap i både diamantlaget og hardmetallmatrisen til kutterne, uten noen synlige spor av sprekker på slipeoverflaten.

(2) Chip drop

Fenomenet med sponfall oppstår når PDC-kuttere løsner fra borkronekroppen, noe som resulterer i bitsfeil. Den mest fremtredende egenskapen er den fullstendige separasjonen av PDC-kuttere fra borkronekroppen, uten legeringsrester funnet i gropen der sveising mellom borkronelegemet og PDC-kuttere finner sted.

Primære faktorer som bidrar til nedgangen av fallende film:

① Den forhøyede temperaturen i bunnen av borehullet fører til utfordringer innen tørrboringskonstruksjonsteknologi eller vannpluggdannelse under boreprosessen, samtidig som den hindrer rettidig avkjøling av PDC-kuttere på boret under høyhastighets roterende fjellskjæring. Følgelig er det en betydelig temperaturøkning ved hullbunnen, noe som kan overgå den kritiske temperaturen til loddetinn og resultere i loddetinnsmelting og påfølgende løsgjøring av PDC-kuttere.

② Kontrollen av boresveiseprosessen er ikke tilstrekkelig streng. I sveiseprosedyren er det mangel på riktig rengjøring før sveising, feil sveising eller utilstrekkelig håndtering av eksosgass, og urimelig varmekonserveringstemperatur eller utilstrekkelig tid etter sveising, noe som kan føre til at bitene løsner. Bortsett fra å kreve at produsenter strengt regulerer produksjonsprosessen (spesielt PDC-kuttersveiseprosessen) for å sikre komplette og solide sveiser, er det også nødvendig å avklare borekonstruksjonsprosedyren ved å velge vannboring når det er mulig og unngå tørrboringskonstruksjon. Ved dyphullsboring bør det sørges for at vann kommer tilbake før stavboring legges til. I tillegg, hver gang før du setter boret inn i bunnen av hullet, er det viktig å sjekke om det er noen hindringer for å forhindre blokkering.

(3) Bladbrudd

Bruddet på diamantlaget i PDC-kuttere representerer en utbredt modus for svikt forPDC-biter. Et karakteristisk trekk ved denne feilmodusen er det lokaliserte bruddet av diamantlaget, med noen tilfeller som resulterer i samtidig brudd langs karbidmatrisen.

De viktigste årsakene til PDC-bitbrudd:

① Kutteren valgt basert på de iboende egenskapene til PDC-kutteren viser lav slagmotstand. Den kombinerte styrken til wolframkarbid (WC) og diamantmikropulver er utilstrekkelig, noe som gjør det utsatt for svikt under påkjenningen av bergfragmentering;

② Faktorer knyttet til byggeprosessen indikerer at byggetrykket på stedet er for høyt. Trykket som utøves av PDC-kutteren på borkronen overskrider kutterens trykkgrense betydelig, noe som fører til avskalling av diamantlaget og påfølgende kollaps av skjærekanten.

③ Faktorer relatert til komplekse formasjoner indikerer at under konstruksjon av harde, oppsprukkede formasjoner, overskrider støtbelastningen på PDC-kuttere deres støtseighet, noe som kan føre til kollaps av skjærekanten.

④ Utformingen av borkronens skjærevinkel er utilstrekkelig, siden den ikke følger prinsippet om at en hardere formasjon krever en større skjærevinkel. Ved konstruksjon av harde formasjoner kan en mindre skjærevinkel resultere i overdreven kraft på PDC-kutteren, noe som til slutt kan føre til at skjærekanten kollapser.

⑤ Andre faktorer indikerer at arrangementet av støttebolter og ankerkabler i underjordiske veier gjør det svært utsatt for borkronen å kollapse når den møter disse elementene. For å forhindre borkronesvikt er det viktig ikke bare å overholde prosessparameterne som er skissert i boreinstruksjonsmanualen, men også å designe og velge boret basert på formasjonsforholdene. Nærmere bestemt, når du borer i harde formasjoner, er det tilrådelig å øke skjærevinkelen til borkronen på passende måte, redusere dens aggressivitet og forbedre beskyttelsen for borkronen. I tillegg anbefales det å velge PDC-kuttere med høyere slagfasthet når du borer gjennom harde bruddformasjoner eller modifiserer den ytre formen på kutterens diamantlag for å forbedre slagseigheten; for eksempel har buede PDC-kuttere generelt bedre slagfasthet enn flate typer. Videre bør en rimelig utforming av hull under konstruksjon implementeres for å unngå boring i bolter og ankerkabler.

(4) Delaminering

Delaminering refererer til løsgjøringen av diamantlaget fra den sementerte karbidmatrisen i PDC-komposittplater, som illustrert i figur 3.

Den primære årsaken til delaminering i diamantlaget til PDC-kuttere er den betydelige gjenværende spenningen som er tilstede mellom diamantlaget og den sementerte karbidmatrisen, kombinert med en betydelig forskjell i deres termiske ekspansjonskoeffisienter. Under fjellskjæring opplever diamantlaget og sementert karbidmatrise asynkron sammentrekning på grunn av termiske påkjenninger generert av friksjonsvarme og kjøling fra vaskevæsker. Den resulterende støtbelastningen og gjenværende spenning fører til avskalling av diamantlaget fra karbidmatrisen, noe som til slutt resulterer i borkronefeil. For å redusere delaminering er det viktig å velge passende bindematerialer og prosesseringsteknologier som adresserer gjenværende spenning mellom disse to komponentene under produksjon. I tillegg kan utforming av en ny grensesnittform for matrisen forbedre bindingsegenskapene mellom diamantlaget og sementert karbidmatrise.

1.2 Borekroppssvikt er primært preget av bladbrudd i borekroppen, som illustrert i figur 4.

 

Bladbruddet på borkronen forekommer for det meste i borkronen, og borkronen av stål oppstår sjelden. Årsakene til bruddet på bladet på borkronekroppen er som følger: ① Å treffe bladet på borekronekroppen når bitskroppen skrus av fordi kronen på borkronen sintres ved pulvermetallurgisk prosess på en gang. sammenlignet med den vanlige stålkroppsbiten. borekronen har høyere slitestyrke. men seigheten til kroppsmaterialet reduseres tilsvarende, og det er lett å knekke bladet på borekronekroppen når borkronekroppen skrus av; ② Kontrollen av bitsintringsprosessen er ikke streng. og det sintrede borkronelegemet er medrivende og metallpulveret klarer ikke å danne en legering. For å unngå at bladet knekker. brukeren hadde bedre bruk av verktøy som tanntang for å hjelpe sjakkelen når boret skrues av. for å unngå å banke bladet; For det andre. produsenter bør strengt kontrollere kvaliteten på den sintrede kroppen. ikke bare for å strengt kontrollere sintringsprosessen. men også å overvåke metallpulveret fra tid til annen for å sikre at pulveret oppfyller prosesskravene.

2. Optimalisert design og rimelig utvalg av PDC-bit

2.1 Optimaliseringsdesign av borkrone

(1) For bruddformen til borkronen er det nødvendig å optimalisere strukturen fra bordesignet. De viktigste designparametrene til PDC-bit inkluderer kuttevinkel α. sidevinkel β. asimut Vinkel γ. osv. γ refererer til vinkelen mellom orienteringsreferanselinjen til PDC-tennene og senterlinjen til borkronen. α refererer til vinkelen mellom orienteringsreferanselinjen til PDC-tannen og arbeidsplanet til kutteren. som vist i figur 5. β refererer til vinkelen mellom planet gjennom senterpunktet og senterlinjen til borkronen og arbeidsplanet til kutteren. som vist i figur 6. Foreløpig forskning og omfattende applikasjonsanalyse viser at skjærevinkelen og sidevinkelen til PDC-kuttere kan direkte påvirke levetiden og boreeffektiviteten til borkronen. og det er nødvendig å optimalisere utformingen av borkronen i henhold til forskjellige boreformasjoner. Kuttevinkeldesign vil i stor grad påvirke boreeffektiviteten. eller til og med ingen opptak i det hele tatt; Hvis skjærevinkelen er for liten. PDC-skjærekanten er utsatt for brudd og andre fenomener. Derfor. bordesignet bør vurderes grundig ved valg av parameterskjema ved å velge en moderat skjærevinkel og sidevinkel i stedet for tilfeldig design.

(2) I tillegg til å optimalisere skjærevinkelen til borkronen, er det viktig å optimalisere PDC-kuttere. Kvaliteten på PDC-kuttere påvirker gruvedrift av PDC-bits betydelig, siden den direkte bestemmer skjæreytelsen og levetiden deres. En kritisk faktor for å forbedre kvaliteten på PDC er eliminering av gjenværende spenning ved bindingsgrensesnittet mellom diamantlaget og sementert karbidmatrise. Forskning indikerer at maksimal spenning i PDC-kuttere med en plan grensesnittstruktur er konsentrert nær begge sider av dette grensesnittet, med toppstrekk- og skjærspenninger som oppstår ved kanten av diamantlaget. Tilstedeværelsen av strekkspenning kan føre til unormale brudd i PDC, mens skjærspenning fungerer som en primær årsak til delaminering i PDC-kuttere.

(3) I tillegg til å eliminere restspenning i PDC-kuttere, kan sekundære behandlinger forbedre kvaliteten ytterligere. For tiden inkluderer de primære overflatebehandlingsmetodene diamantoverflatesliping, kantavfasing og formet maskinering. Utvalget av PDC-kuttere kan optimaliseres basert på faktiske arbeidsforhold.

2.2 Rimelig utvalg av bor

For tiden har PDC-bor som brukes i boreoperasjoner nede i hull på tvers av de fleste gruveområder hovedsakelig en trefløyet konkav design. Imidlertid er utvalget av disse bitene ofte begrenset og mangler klassifisering, noe som resulterer i en én-størrelse-passer-alle-tilnærming som ikke i tilstrekkelig grad imøtekommer de spesifikke kravene til forskjellige lag. Dette er spesielt problematisk under komplekse formasjonsforhold, der konvensjonelle konkave borkroner sliter med å levere tilfredsstillende ytelse, noe som fører til forkortet borkronelevetid og redusert boreeffektivitet. Slike ineffektiviteter øker ikke bare produksjonskostnadene, men kan også forstyrre byggeplanene og påføre betydelige økonomiske tap. Derfor er det viktig å velge passende borkroner som er skreddersydd for varierende formasjonsforhold.

Gruve PDC-bits kan kategoriseres i to hovedtyper basert på borekroppsmaterialet: ståltype og dekktype. Borkronelegemer av ståltype behandles primært gjennom mekaniske metoder, noe som gir god seighet som gjør dem egnet for konvensjonelle formasjonsboreoperasjoner. Derimot er borkrone av dekktypen sintret ved hjelp av pulvermetallurgiske prosesser, noe som gir høy slitestyrke som er ideell for hard bergboring eller utvidede boreoppgaver. I tillegg kan borkroner klassifiseres i forskjellige strukturer, inkludert innvendig konkav, buehjørne, flat bunn, skraper og andre som illustrert i figur 7. ①Den konkave strukturdesignen til den konkave borkronen forbedrer rettingseffektene under konvensjonell formasjonskonstruksjon; ②Den spredte tannarrangementet til buekronen resulterer i høyere tanntetthet og forbedret boreeffektivitet når du arbeider med middels harde lag og høyere; ③Leppeformen til borkronen med flat bunn er nesten flat, noe som skjerper sidekantene for å lette skjevheter – denne utformingen brukes hovedsakelig til bruk med retningsboring; ④Skrapebiten har typisk en konisk struktur som gir større aggressivitet og brukes hovedsakelig i myke lag eller kullsømkonstruksjoner.

De nåværende PDC-bitene for gruvedrift er blitt oppsummert og organisert, sammen med utvalgskriteriene for PDC-biter under forskjellige arbeids- og formasjonsforhold, som presentert i tabell 1 for referanse.

3. Bruken av Mining PDC Bit Forholdsregler

I tillegg til å velge borkroner nøye, er det like viktig å bruke disse verktøyene riktig. Gitt de utfordrende konstruksjonsforholdene i kullgruver, sliter arbeidere ofte med å strengt overholde PDC-bitens operasjonelle retningslinjer, noe som resulterer i hyppige tilfeller av bitfeil på grunn av feil håndtering. I et forsøk på å forbedre boreeffektiviteten, kan enkelte gruveområder vilkårlig øke borkronens vekt under operasjoner, noe som fører til for tidlig borkronesvikt. Riktig bruk av PDC-bits kan optimere ytelsen og redusere produksjonskostnadene. Vær oppmerksom på følgende hensyn når du bruker PDC-biter:

(1) Vær oppmerksom på graderingsforholdet mellom PDC-biten og boreverktøyet, og sørg for at borerør med stor diameter ikke samsvarer med borerør med for liten diameter, og borerør med liten diameter samsvarer ikke med bor med stor diameter.

(2) Den optimale tilnærmingen er å bruke en spesialisert hullbor eller en gammel borkrone for reirkonstruksjon, samtidig som det sikres at boreprosessen unngår nærhet av sidebolter, ankerkabler og lignende hindringer.

(3) Når du utfører boreoperasjoner, er det viktig å regulere matetrykket for å forhindre ulykker forårsaket av for høyt trykk i borehullet.

(4) Vennligst bruk rentvannsboringsteknikken, og avstå fra tørrboring eller trykkluftboring. Før du starter trykkboringsoperasjoner, sørg for riktig vannsirkulasjon i hullet for å forhindre potensielle forbrenningshendelser ved bunnen.

(5) Når du fjerner biten, sørg for å unngå å klemme eller treffe PDC-kutteren. Vær i tillegg forsiktig så du ikke treffer kroppsbladet på boret.

4. Konklusjon

Trygg og effektiv grønn gruvedrift av kull har konsekvent vært et sentralt tema som kullindustrien forfekter. Effektiv bruk av PDC-bits for underjordiske boreoperasjoner i kullgruver har betydelig betydning. Denne artikkelen analyserer feilmodusene for gruvedrift av PDC-biter, og belyser hovedårsakene bak ulike feilformer. Den foreslår optimale design- og seleksjonsstrategier for bits under forskjellige arbeidsforhold og geologiske formasjoner, samtidig som den oppsummerer forholdsregler for bruk, og gir derved en referanse for forbedret valg og anvendelse av PDC-bits for gruvedrift. Det fornuftige utvalget og riktig bruk av PDC-bits for gruvedrift kan maksimere effektiviteten deres, minimere ressurssløsing og forbedre sikkerheten, effektiviteten og miljøvennlig praksis innen kullgruvedrift.