Optimalna izbira nastavkov PDC za rudarjenje premoga
Gradnja vrtin je široko uporabljena tehnična metoda za nadzor plina, preprečevanje škode zaradi vode in geološko raziskovanje v premogovnikih, ki ima ključno vlogo pri zagotavljanju varnosti in učinkovitosti proizvodnje premoga. Na Kitajskem se v rudnikih premoga letno ustvari več deset milijonov metrov vrtin. Postopek gradnje zahteva podporo opreme za vrtanje, kot so svedri, svedri in svedri. Med njimi so svedri bistveno orodje za neposredno oblikovanje lukenj in lomljenje kamenja.
Polikristalna diamantna kompozitna plošča (PDC) se obširno uporablja v rudarskih svedrih zaradi svoje izjemne odpornosti proti obrabi in hvalevredne udarne žilavosti.PDC nastavkikažejo podaljšano življenjsko dobo vrtanja in povečano učinkovitost prebijanja, kadar se uporabljajo v srednje trdih in nižjih skalnih formacijah, s čimer prinašajo znatne gospodarske koristi pri vrtanju v rudnikih premoga. V primerjavi z vrtanjem nafte ima vrtanje v rudnikih premoga tehnične lastnosti, da je stroškovno učinkovito, časovno učinkovito in gosto zasnovano. Posledično splošne zahteve za nastavke PDC niso pretirano zahtevna.
Trenutni izzivi v rudarstvuPDC nastavkivključujejo: ①Vstopni prag za rudarjenje PDC bitov je razmeroma nizek, saj številni proizvajalci ponujajo različne ravni kakovosti. ②Uporabe in zahteve podzemnega vrtanja v rudnikih premoga kažejo očitne razlike, medtem ko je klasifikacija rudarskih nastavkov PDC zapletena in raznolika. Poleg tega primanjkuje sistematičnih in racionalnih izbirnih specifikacij v poznejšem postopku uporabe.③Z naraščajočo razširjenostjo kompleksnih trdih slojev v premogovnikih običajna rudarska svedra PDC ne izpolnjujejo konstrukcijskih zahtev za učinkovito vrtanje na kraju samem, kar ima za posledico primere počasnega napredka ali celo popolnega pomanjkanja posnetkov.④Zaradi zahtevnih gradbenih pogojev v premogovniku je strogo upoštevanje postopki vrtanja s strani gradbenega osebja so lahko včasih težavni.
Da bi povečali operativno učinkovitost rudarjenjaPDC nastavki, ta dokument ponuja celovito analizo primarnih načinov odpovedi in raziskuje temeljne vzroke za vsako obliko odpovedi. Poleg tega so predlagana praktična priporočila za preudarno izbiro in skrbno uporabo teh nastavkov.
1. Analiza oblike in vzrokov okvare bita PDC pri rudarjenju
Trenutno so sestavni deli rudarskih nastavkov PDC v glavnem sestavljeni iz telesa nastavka, rezal PDC, zlitin in drugih delov, kot je prikazano na sliki 1. Nastavki PDC in zlitin so spajkani na telo nastavka, da se zagotovi njihova varna pritrditev. Med rednim vrtanjem vrtalna palica prenaša navor in dovodni tlak na dno vrtine, kjer se ujame s svedrom. Postopek rezanja kamnin se izvaja z uporabo rezil PDC na svedru. Poleg tega zlitine ščitijo pred prekomerno obrabo tako, da ščitijo obodno celovitost telesa svedra. Vendar je treba opozoriti, da lahko različni dejavniki, kot so kompleksne sile, ki delujejo na rezilo na dnu luknje med rezanjem skale z nastavkom PDC, spremembe v značilnostih formacije, izbor gradbenih tehnik in opreme, operativna usposobljenost osebja, vključenega v gradbene dejavnosti, skupaj z ukrepi za nadzor kakovosti samih nastavkov, znatno vplivajo na učinkovitost uporabe, kar vodi do različnih oblik okvar teh nastavkov. S preiskavo, ki smo jo izvedli na vrtalnih mestih premogovnika, smo povzeli in analizirali različne načine okvar in glavne vzroke, povezane zPDC nastavki.
1.1 Do okvare rezalnika PDC pride, ko je PDC sintran v pogojih visoke temperature in visokega tlaka. Kompozitna plošča je sestavljena iz dveh glavnih komponent: diamantne plasti in karbidne matrice, kot je prikazano na sliki 2.
Primarni načini okvare rezalnikov PDC vključujejo normalno obrabo, luščenje, zrušitev rezila in razslojevanje.
(1) Redna obraba
Pojav normalne obrabe je vrsta tipične poškodbe, ki se pojavi pri rezilih PDC med postopkom rezanja kamnin, za katero je značilna predvsem znatna makroskopska izguba brušenja tako v diamantni plasti kot v matrici iz cementnega karbida rezil, brez kakršnih koli očitnih sledi razpok na površini brušenja.
(2) Padec ostružkov
Do pojava padca odrezkov pride, ko se rezila PDC ločijo od telesa nastavka, kar povzroči okvaro nastavka. Najpomembnejša značilnost je popolna ločitev rezil PDC od telesa nastavka, brez ostankov zlitine v jami, kjer poteka varjenje med telesom nastavka in rezili PDC.
Glavni dejavniki, ki prispevajo k zmanjšanju padajočega filma:
① Povišana temperatura na dnu vrtine povzroča težave pri gradbeni tehnologiji suhega vrtanja ali nastajanje vodnega čepa med postopkom vrtanja, hkrati pa ovira pravočasno hlajenje rezil PDC na vrtalniku med hitrim rotacijskim rezanjem skale. Posledično pride do znatnega dviga temperature na dnu luknje, ki lahko preseže kritično temperaturo spajke in povzroči taljenje spajke in posledično ločitev rezil PDC.
② Nadzor postopka varjenja svedrov ni dovolj strog. V varilnem postopku je pomanjkanje ustreznega čiščenja pred varjenjem, napačni zvari ali neustrezno upravljanje izpušnih plinov ter nerazumna temperatura za ohranjanje toplote ali premalo časa po varjenju, kar lahko povzroči ločitev nastavka. Poleg tega, da proizvajalci zahtevajo strogo reguliranje proizvodnega procesa (predvsem postopka varjenja rezalnikov PDC) za zagotovitev popolnih in trdnih zvarov, je treba razjasniti tudi postopek vrtalne konstrukcije, tako da se, kadar je to mogoče, odločijo za vrtanje v vodo in se izogibajo suhi vrtalni konstrukciji. Za globoko vrtanje lukenj je treba zagotoviti, da se voda vrne, preden dodate palično vrtanje. Poleg tega je nujno, da vsakič, preden vstavite sveder v dno luknje, preverite, ali obstajajo ovire, da preprečite blokado.
(3) Zlom rezila
Zlom diamantne plasti pri rezilih PDC predstavlja prevladujoč način okvarePDC nastavki. Značilna značilnost tega načina odpovedi je lokalizirana ruptura diamantne plasti, pri čemer nekateri primeri povzročijo hkraten zlom poleg karbidne matrice.
Glavni vzroki zloma bitov PDC:
① Rezalo, izbrano na podlagi inherentnih značilnosti rezila PDC, ima nizko odpornost na udarce. Kombinirana trdnost volframovega karbida (WC) in diamantnega mikropraška je nezadostna, zaradi česar je nagnjen k odpovedi pod stresom drobljenja kamnin;
② Dejavniki, povezani s postopkom gradnje, kažejo, da je pritisk na gradbišču previsok. Pritisk, ki ga rezkalo PDC izvaja na nastavek, znatno presega omejitev pritiska rezala, kar vodi do lomljenja diamantne plasti in poznejšega zrušitve rezalnega roba.
③ Dejavniki, povezani s kompleksnimi formacijami, kažejo, da med gradnjo trdih, zlomljenih formacij udarna obremenitev na rezila PDC presega njihovo udarno žilavost, kar lahko privede do zrušitve rezalnega roba.
④ Zasnova rezalnega kota svedra je neustrezna, saj se ne drži načela, da trša tvorba zahteva večji rezalni kot. Pri konstrukciji trdih formacij lahko manjši rezalni kot povzroči prekomerno silo na rezilo PDC, kar na koncu privede do zloma rezalnega roba.
⑤ Drugi dejavniki kažejo, da je zaradi razporeditve podpornih vijakov in sidrnih kablov v podzemnih cestah zelo dovzetna za zrušitev svedra, ko naleti na te elemente. Da bi preprečili okvaro svedra, je bistvenega pomena ne le dosledno upoštevanje procesnih parametrov, opisanih v priročniku z navodili za vrtanje, temveč tudi oblikovanje in izbira svedra na podlagi pogojev formacije. Natančneje, pri vrtanju v trde formacije je priporočljivo ustrezno povečati rezalni kot svedra, zmanjšati njegovo agresivnost in povečati zaščito svedra. Poleg tega je pri vrtanju skozi trdne zlomljene formacije ali pri spreminjanju zunanje oblike diamantne plasti rezalnika za izboljšanje udarne žilavosti priporočljiva izbira rezalnikov PDC z večjo udarno žilavostjo; na primer, ukrivljeni rezkarji PDC na splošno kažejo boljšo odpornost na udarce kot ravni tipi. Poleg tega je treba med gradnjo izvajati razumno razporeditev lukenj, da se prepreči vrtanje v vijake in sidrne kable.
(4) Delaminacija
Delaminacija se nanaša na ločitev diamantne plasti od matrice iz cementnega karbida v kompozitnih ploščah PDC, kot je prikazano na sliki 3.
Primarni vzrok za razslojevanje v diamantni plasti rezil PDC je znatna zaostala napetost med diamantno plastjo in matriko iz cementnega karbida, skupaj s pomembno razliko v njunih koeficientih toplotnega raztezanja. Med rezanjem kamnin se diamantna plast in matrika iz cementnega karbida asinhrono skrčita zaradi toplotnih napetosti, ki nastanejo zaradi toplote zaradi trenja in hlajenja iz pralnih tekočin. Posledična udarna obremenitev in preostala napetost povzročita luščenje diamantne plasti s karbidne matrice, kar na koncu povzroči odpoved svedra. Za ublažitev razslojevanja je bistveno izbrati ustrezne vezne materiale in tehnologije obdelave, ki obravnavajo preostale napetosti med tema dvema komponentama med proizvodnjo. Poleg tega lahko oblikovanje nove oblike vmesnika za matriko izboljša lastnosti lepljenja med plastjo diamanta in matriko iz cementnega karbida.
1.2 Za okvaro telesa svedra so značilni predvsem zlomi rezila v telesu svedra, kot je prikazano na sliki 4.
Zlom rezila telesa svedra se večinoma pojavi v telesu svedra, nastavek z jeklenim telesom pa redko. Razlogi za zlom rezila telesa nastavka so naslednji: ① Udarec po rezilu telesa nastavka pri odvijanju telesa nastavka, ker je krona telesa nastavka naenkrat sintrana s postopkom prašne metalurgije. v primerjavi z navadnim nastavkom iz jeklenega telesa. nastavek za telo svedra ima večjo odpornost proti obrabi. toda žilavost materiala telesa je ustrezno zmanjšana in je enostavno zlomiti rezilo telesa nastavka, ko odvijete telo nastavka; ② Nadzor postopka sintranja nastavkov ni strog. in sintrano telo nastavka je zajetje in kovinski prah ne tvori zlitine. Da bi se izognili zlomu rezila. uporabniku je bolje uporabiti orodja, kot so zobozdravstvene klešče, da si pomagajo pri obesu pri odvijanju svedra. tako da preprečite trkanje rezila; Drugič. proizvajalci morajo strogo nadzorovati kakovost sintranega telesa. ne le za strog nadzor procesa sintranja. ampak tudi za občasno spremljanje kovinskega prahu, da se zagotovi, da prah izpolnjuje zahteve postopka.
2. Optimizirana zasnova in razumna izbira nastavka PDC za rudarjenje
2.1 Optimizacija zasnove svedra
(1) Za obliko okvare svedra je treba optimizirati njegovo strukturo glede na zasnovo svedra. Glavni konstrukcijski parametri nastavka PDC vključujejo rezalni kot α. stranski kot β. azimut Kot γ. itd. γ se nanaša na kot med orientacijsko referenčno črto zob PDC in središčnico nastavka. α se nanaša na kot med orientacijsko referenčno črto zoba PDC in obdelovalno ravnino rezila. kot je prikazano na sliki 5. β se nanaša na kot med ravnino skozi središčno točko in središčnico nastavka ter obdelovalno ravnino rezila. kot je prikazano na sliki 6. Predhodne raziskave in obsežna analiza uporabe kažejo, da lahko kot rezanja in stranski kot rezil PDC neposredno vplivata na življenjsko dobo in učinkovitost vrtanja svedra. in potrebno je optimizirati zasnovo svedra glede na različne vrtalne formacije. Zasnova rezalnega kota bo močno vplivala na učinkovitost vrtanja. ali celo brez posnetkov; Če je rezalni kot premajhen. rezilo PDC je nagnjeno k zlomu in drugim pojavom. Zato. Pri izbiri sheme parametrov je treba zasnovo svedra celovito obravnavati z izbiro zmernega kota rezanja in stranskega kota namesto naključne zasnove.
(2) Poleg optimizacije rezalnega kota svedra je bistvenega pomena optimizirati tudi rezila PDC. Kakovost rezalnikov PDC pomembno vpliva na rudarjenje nastavkov PDC, saj neposredno določa njihovo rezalno zmogljivost in življenjsko dobo. Kritični dejavnik pri izboljšanju kakovosti PDC je odprava preostale napetosti na veznem vmesniku med plastjo diamanta in matriko iz cementnega karbida. Raziskave kažejo, da je največja napetost v rezilih PDC s planarno strukturo vmesnika koncentrirana blizu obeh strani tega vmesnika, pri čemer se najvišje natezne in strižne napetosti pojavljajo na robu diamantne plasti. Prisotnost natezne napetosti lahko povzroči nenormalne zlome v PDC, medtem ko je strižna napetost glavni vzrok za razslojevanje v rezilih PDC.
(3) Poleg odpravljanja preostale napetosti v rezilih PDC lahko sekundarne obdelave dodatno izboljšajo njihovo kakovost. Trenutno primarne metode površinske obdelave vključujejo diamantno površinsko brušenje, posnemanje robov in oblikovano strojno obdelavo. Izbira rezalnikov PDC se lahko optimizira glede na dejanske delovne pogoje.
2.2 Smiselna izbira svedrov
Trenutno imajo nastavki PDC, ki se uporabljajo pri vrtanju v večini rudarskih območij, pretežno trikrilno konkavno zasnovo. Vendar pa je izbor teh bitov pogosto omejen in brez klasifikacije, kar ima za posledico pristop, ki ustreza vsem in ne obravnava ustrezno posebnih zahtev različnih slojev. To je še posebej problematično v zapletenih pogojih oblikovanja, kjer običajni konkavni svedri težko zagotavljajo zadovoljivo zmogljivost, kar vodi do skrajšane življenjske dobe svedra in zmanjšane učinkovitosti vrtanja. Takšna neučinkovitost ne le poveča proizvodne stroške, ampak lahko tudi zmoti načrte gradnje in povzroči znatne gospodarske izgube. Zato je bistvenega pomena, da izberete ustrezne svedre, prilagojene različnim pogojem nastajanja.
Rudarske nastavke PDC je mogoče razvrstiti v dve glavni vrsti glede na material telesa nastavka: jekleni tip in tip pnevmatike. Jeklena telesa nastavkov so primarno obdelana z mehanskimi metodami, kar zagotavlja dobro žilavost, zaradi česar so primerna za običajne operacije vrtanja v formacije. V nasprotju s tem so telesa nastavkov v obliki pnevmatik sintrana s postopki prašne metalurgije, kar nudi visoko odpornost proti obrabi, kar je idealno za vrtanje v trdi kamen ali razširjena opravila vrtanja. Poleg tega lahko svedre razvrstimo v različne strukture, vključno z notranjo konkavo, kotom loka, ravnim dnom, strgalom in drugimi, kot je prikazano na sliki 7. ①Zasnova konkavne strukture konkavnega svedra izboljša učinke ravnanja med konvencionalno konstrukcijo formacije; ②Razpršena razporeditev zob obločnega svedra ima za posledico večjo gostoto zob in izboljšano učinkovitost vrtanja pri delu s srednje trdimi plastmi in več; ③Oblika ustnice svedra z ravnim dnom je skoraj ravna, kar izostri njegove stranske robove, da olajša poševno premikanje—ta zasnova se večinoma uporablja za aplikacije usmerjenega vrtanja; ④Strgalo ima običajno stožčasto strukturo, ki zagotavlja večjo agresivnost in se večinoma uporablja v mehkih slojih ali konstrukcijah premogovega sloja.
Trenutni rudarski nastavki PDC so bili povzeti in organizirani, skupaj z izbirnimi merili za nastavke PDC pod različnimi pogoji dela in oblikovanja, kot je predstavljeno v tabeli 1 za referenco.
3. Previdnostni ukrepi za uporabo rudarskih bitov PDC
Poleg skrbne izbire svedrov je enako pomembna pravilna uporaba teh orodij. Glede na zahtevne pogoje gradnje v rudnikih premoga se delavci pogosto trudijo dosledno upoštevati smernice za uporabo nastavkov PDC, kar ima za posledico pogoste primere okvare nastavkov zaradi nepravilnega ravnanja. V prizadevanju za izboljšanje učinkovitosti vrtanja lahko nekatera rudarska območja med delovanjem nediskriminatorno povečajo težo svedra, kar vodi do prezgodnje okvare svedra. Pravilna uporaba nastavkov PDC lahko optimizira njihovo delovanje in zmanjša proizvodne stroške. Pri uporabi nastavkov PDC morate biti pozorni na naslednje:
(1) Bodite pozorni na razmerje razvrščanja med svedrom PDC in vrtalnim orodjem, pri čemer zagotovite, da se vrtalna cev velikega premera ne ujema z vrtalno cevjo premajhnega premera in da se vrtalna cev majhnega premera ne ujema s svedrom velikega premera.
(2) Optimalen pristop je uporaba posebnega svedra za luknje ali starega svedra za gradnjo gnezda, pri čemer je treba zagotoviti, da se postopek vrtanja izogne bližini stranskih vijakov, sidrnih kablov in podobnih ovir.
(3) Pri izvajanju vrtalnih del je bistveno regulirati dovodni tlak, da preprečimo nesreče, ki jih povzroči previsok tlak v vrtini.
(4) Prosimo, uporabite tehniko vrtanja s čisto vodo in se vzdržite suhega vrtanja ali vrtanja s pritiskom zraka. Preden začnete z vrtanjem pod tlakom, zagotovite pravilno kroženje vode v luknji, da preprečite morebitne izgorevanje na njenem dnu.
(5) Ko odstranjujete nastavek, pazite, da ne vpnete ali udarite po rezilu PDC. Poleg tega bodite previdni, da ne zadenete rezila svedra.
4. Zaključek
Varno in učinkovito zeleno rudarjenje premoga je dosledno osrednja tema, ki jo zagovarja premogovništvo. Učinkovita uporaba nastavkov PDC za podzemno vrtanje v rudnikih premoga je zelo pomembna. Ta članek analizira načine odpovedi rudarskih bitov PDC in pojasnjuje primarne vzroke za različne oblike odpovedi. Predlaga optimalno načrtovanje in izbirne strategije za nastavke v različnih delovnih pogojih in geoloških formacijah, hkrati pa povzema previdnostne ukrepe za njihovo uporabo, s čimer zagotavlja referenco za izboljšano izbiro in uporabo rudarskih nastavkov PDC. Preudarna izbira in pravilna uporaba rudarskih nastavkov PDC lahko povečata njihovo učinkovitost, zmanjšata izgubo virov in povečata varnost, učinkovitost in okolju prijazne prakse pri rudarjenju premoga.