Kömür Madenciliği için PDC Bitlerinin Optimum Seçimi
Sondaj kuyusu inşaatı, kömür madenlerinde gaz kontrolü, su hasarı önleme ve jeolojik keşif için yaygın olarak kullanılan bir teknik yöntemdir ve kömür üretiminin güvenliğini ve verimliliğini sağlamada önemli bir rol oynar. Çin'de, kömür madenlerinde her yıl on milyonlarca metre sondaj deliği oluşturulmaktadır. İnşaat süreci, matkaplar, sondaj boruları ve matkap uçları gibi sondaj ekipmanlarının desteğini gerektirir. Bunlar arasında matkaplar, doğrudan delik oluşturmak ve kayaları kırmak için olmazsa olmaz araçlardır.
Polikristalin elmas kompozit levha (PDC), olağanüstü aşınma direnci ve övgüye değer darbe tokluğu nedeniyle maden matkap uçlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.PDC bitleriOrta sertlikte ve düşük sertlikteki kaya oluşumlarında kullanıldığında daha uzun delme ömrü ve daha yüksek penetrasyon verimliliği sergiler ve böylece kömür madeni delme işlemlerinde önemli ekonomik faydalar sağlar. Petrol delme ile karşılaştırıldığında, kömür madenciliği delme işlemi maliyet açısından daha uygun, zaman açısından daha verimli ve yoğun tasarımlı olma gibi teknik özelliklere sahiptir. Sonuç olarak, PDC matkapları için genel gereksinimler aşırı derecede zorlayıcı değildir.
Madencilikte karşılaşılan güncel zorluklarPDC bitlerişunları içerir: ①Madencilik PDC uçları için giriş eşiği nispeten düşüktür ve çok sayıda üretici farklı kalite seviyeleri sunmaktadır. ②Kömür madenlerinde yer altı sondajının kullanımları ve gereksinimleri belirgin farklılıklar gösterirken, madencilik PDC uçlarının sınıflandırması karmaşık ve çeşitlidir. Ayrıca, sonraki kullanım sürecinde sistematik ve rasyonel seçim özelliklerinin eksikliği vardır. ③Kömür madenlerinde karmaşık sert tabakaların yaygınlığının artmasıyla, geleneksel madencilik PDC uçları, sahada verimli sondaj için inşaat gereksinimlerini karşılayamamaktadır ve bunun sonucunda yavaş ilerleme veya hatta tam bir çekim eksikliği durumları ortaya çıkmaktadır. ④Kömür madenindeki zorlu inşaat koşulları nedeniyle, inşaat personelinin sondaj prosedürlerine sıkı sıkıya uyması bazen zor olabilir.
Madenciliğin operasyonel etkinliğini artırmak içinPDC bitleriBu makale, birincil arıza modlarının kapsamlı bir analizini sunar ve her arıza biçiminin altında yatan nedenleri araştırır. Ek olarak, bu parçaların ihtiyatlı bir şekilde seçilmesi ve dikkatli bir şekilde kullanılması için pratik önerilerde bulunulur.
1. Madencilikte PDC Bit Arızasının Biçimi ve Nedenlerinin Analizi
Şu anda, madencilik PDC uçlarının bileşenleri temel olarak uç gövdesi, PDC kesiciler, ölçü alaşımları ve Şekil 1'de gösterildiği gibi diğer parçalardan oluşmaktadır. PDC kesiciler ve ölçü alaşımları, güvenli bir şekilde bağlanmalarını sağlamak için uç gövdesine lehimlenmiştir. Düzenli delme işlemleri sırasında, matkap çubuğu torku ve besleme basıncını matkap ucuyla temas ettiği deliğin tabanına iletir. Kaya kesme işlemi, matkap ucunda PDC kesicilerin kullanılmasıyla gerçekleştirilir. Ek olarak, ölçü alaşımları uç gövdesinin çevresel bütünlüğünü koruyarak aşırı aşınmaya karşı koruma sağlar. Ancak, PDC ucuyla kaya kesme sırasında delik tabanında kesiciye uygulanan karmaşık kuvvetler, formasyon özelliklerindeki değişiklikler, inşaat teknikleri ve ekipmanlarının seçimi, inşaat faaliyetlerinde yer alan personelin operasyonel yeterliliği ve uçların kendileri için kalite kontrol önlemleri gibi çeşitli faktörlerin uygulama etkinliğini önemli ölçüde etkileyebileceği ve bu uçlar için çeşitli arıza biçimlerine yol açabileceği unutulmamalıdır. Kömür madeni sondaj sahalarında yürütülen bir araştırma yoluyla, farklı arıza modlarını ve bunlarla ilişkili birincil nedenleri özetledik ve analiz ettik.PDC bitleri.
1.1 PDC kesici arızası, PDC yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşulları altında sinterlendiğinde meydana gelir. Kompozit levha, Şekil 2'de gösterildiği gibi iki ana bileşenden oluşur: bir elmas tabakası ve bir karbür matrisi.
PDC kesicilerin başlıca arıza modları arasında normal aşınma, soyulma, bıçak çökmesi ve delaminasyon yer alır.
(1) Düzenli aşınma ve yıpranma
Normal aşınma olayı, kaya kesme işlemi sırasında PDC kesicilerde oluşan tipik bir hasar türüdür ve esas olarak kesicilerin elmas tabakasında ve çimentolu karbür matrisinde önemli makroskobik taşlama kaybı ile karakterize edilir, taşlama yüzeyinde herhangi bir çatlak izi görülmez.
(2) Çip düşüşü
Talaş düşmesi olayı, PDC kesiciler uç gövdesinden ayrıldığında ve uç arızasına yol açtığında meydana gelir. En belirgin özellik, PDC kesicilerin uç gövdesinden tamamen ayrılması ve uç gövdesi ile PDC kesiciler arasında kaynak yapılan çukurda alaşım kalıntısı bulunmamasıdır.
Düşen filmin düşmesine katkıda bulunan başlıca faktörler:
① Sondaj deliğinin tabanındaki yüksek sıcaklık, kuru delme inşaat teknolojisinde zorluklara veya delme işlemi sırasında su tıkacı oluşumuna yol açarken, aynı zamanda yüksek hızlı döner kaya kesme sırasında matkap üzerindeki PDC kesicilerin zamanında soğutulmasını da engeller. Sonuç olarak, delik tabanında önemli bir sıcaklık artışı olur ve bu, lehimin kritik sıcaklığını aşabilir ve lehimin erimesine ve ardından PDC kesicilerin ayrılmasına neden olabilir.
② Matkap kaynak işleminin kontrolü yeterince sıkı değildir. Kaynak prosedüründe, kaynak öncesi uygun temizlik yapılmaması, hatalı kaynaklar veya yetersiz egzoz gazı yönetimi ve kaynak sonrası makul olmayan ısı koruma sıcaklığı veya yetersiz zaman vardır ve bunların hepsi bitin çıkmasına neden olabilir. Üreticilerin üretim sürecini (özellikle PDC kesici kaynak işlemini) tam ve sağlam kaynaklar sağlamak için sıkı bir şekilde düzenlemelerini talep etmenin yanı sıra, mümkün olduğunda su delmeyi tercih ederek ve kuru delme yapımından kaçınarak delme yapım prosedürünü açıklığa kavuşturmak da gereklidir. Derin delik delme için, çubuk delme eklenmeden önce suyun geri döndüğünden emin olunmalıdır. Ek olarak, her seferinde matkabı deliğin tabanına yerleştirmeden önce, tıkanmayı önlemek için herhangi bir engel olup olmadığını kontrol etmek esastır.
(3) Bıçak kırılması
PDC kesicilerde elmas tabakasının kırılması, yaygın bir arıza modunu temsil eder.PDC bitleriBu arıza modunun karakteristik bir özelliği, elmas tabakasının lokalize kopmasıdır; bazı durumlarda karbür matrisi boyunca eş zamanlı kırılma meydana gelir.
PDC bit kırılmasının başlıca nedenleri:
① PDC kesicinin doğal özelliklerine göre seçilen kesici düşük darbe direnci gösterir. Tungsten karbür (WC) ve elmas mikro tozunun birleşik mukavemeti yetersizdir ve bu da onu kaya parçalanmasının stresi altında arızaya eğilimli hale getirir;
② İnşaat süreciyle ilgili faktörler, şantiyedeki inşaat basıncının aşırı yüksek olduğunu göstermektedir. PDC kesicinin matkaba uyguladığı basınç, kesicinin basınç sınırını önemli ölçüde aşmakta ve elmas tabakasının dökülmesine ve ardından kesici kenarın çökmesine yol açmaktadır.
③ Karmaşık formasyonlarla ilgili faktörler, sert, çatlaklı formasyonların inşası sırasında PDC kesicilere gelen darbe yükünün darbe tokluğunu aştığını ve bunun da kesici kenarın çökmesine yol açabileceğini göstermektedir.
④ Bit kesme açısının tasarımı yetersizdir, çünkü daha sert bir oluşumun daha büyük bir kesme açısı gerektirdiği ilkesine uymamaktadır. Sert oluşumların yapımında, daha küçük bir kesme açısı PDC kesici üzerinde aşırı kuvvete neden olabilir ve bu da en sonunda kesme kenarının çökmesine yol açabilir.
⑤ Diğer faktörler, yeraltı yollarındaki destekleyici cıvataların ve ankraj kablolarının düzenlenmesinin, matkap ucunun bu elemanlarla karşılaştığında çökmesine karşı oldukça hassas olduğunu göstermektedir. Matkap arızasını önlemek için, sadece delme talimat kılavuzunda belirtilen işlem parametrelerine sıkı sıkıya uymak değil, aynı zamanda matkabı oluşum koşullarına göre tasarlamak ve seçmek de önemlidir. Özellikle, sert oluşumlara delme yaparken, ucun kesme açısını uygun şekilde artırmak, agresifliğini azaltmak ve uç için korumayı geliştirmek tavsiye edilir. Ek olarak, sert çatlak oluşumları delerken veya kesicinin elmas tabakasının dış şeklini değiştirerek darbe tokluğunu iyileştirmek için daha yüksek darbe tokluğuna sahip PDC kesiciler seçilmesi önerilir; örneğin, kavisli PDC kesiciler genellikle düz tiplerden daha iyi darbe direnci gösterir. Ayrıca, cıvatalara ve ankraj kablolarına delmeyi önlemek için inşaat sırasında makul bir delik düzeni uygulanmalıdır.
(4) Delaminasyon
Delaminasyon, Şekil 3'te gösterildiği gibi, PDC kompozit levhalardaki elmas tabakasının çimentolu karbür matrisinden ayrılması anlamına gelir.
PDC kesicilerin elmas tabakasındaki delaminasyonun birincil nedeni, elmas tabakası ile çimentolu karbür matrisi arasında mevcut olan önemli kalıntı gerilimdir ve termal genleşme katsayılarındaki önemli farkla birleşmiştir. Kaya kesimi sırasında, elmas tabakası ve çimentolu karbür matrisi, yıkama sıvılarından kaynaklanan sürtünme ısısı ve soğutma tarafından üretilen termal gerilimler nedeniyle asenkron büzülme yaşar. Ortaya çıkan darbe yükü ve kalıntı gerilim, elmas tabakasının karbür matrisinden soyulmasına yol açar ve sonuçta matkap ucu arızasına neden olur. Delaminasyonu azaltmak için, üretim sırasında bu iki bileşen arasındaki kalıntı gerilimi ele alan uygun bağlama malzemeleri ve işleme teknolojilerini seçmek esastır. Ek olarak, matris için yeni bir arayüz şekli tasarlamak, elmas tabakası ile çimentolu karbür matrisi arasındaki bağlanma özelliklerini artırabilir.
1.2 Matkap gövdesi arızası, Şekil 4'te gösterildiği gibi, öncelikle matkap gövdesindeki bıçak kırıkları ile karakterize edilir.
Matkap gövdesinin bıçak kırılması çoğunlukla gövde matkabında meydana gelir ve çelik gövde matkabında nadiren meydana gelir. Matkap gövdesinin bıçağının kırılmasının nedenleri şunlardır: ① Matkap gövdesinin tepesi toz metalurjisi işlemiyle tek seferde sinterlendiğinden, matkap gövdesinin bıçağına çarpması. Sıradan çelik gövde matkabına kıyasla. Matkap gövdesi matkabı daha yüksek aşınma direncine sahiptir. Ancak gövde malzemesinin tokluğu buna bağlı olarak azalır ve matkap gövdesini sökerken matkap gövdesinin bıçağının kırılması kolaydır; ② Matkap sinterleme işleminin kontrolü sıkı değildir. Ve sinterlenmiş matkap gövdesi sürüklenir ve metal tozu alaşım oluşturamaz. Bıçak kırılmasını önlemek için. Kullanıcı matkabı sökerken kelepçeye yardımcı olmak için diş pensesi gibi aletler kullanmalıdır. Böylece bıçağın çarpması önlenir; İkincisi. Üreticiler sinterlenmiş gövdenin kalitesini sıkı bir şekilde kontrol etmelidir. Sadece sinterleme işlemini sıkı bir şekilde kontrol etmekle kalmaz. Ancak aynı zamanda tozun proses gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için zaman zaman metal tozunu izlemek de önemlidir.
2. Madencilik PDC Bitinin Optimize Edilmiş Tasarımı ve Makul Seçimi
2.1 Matkap ucunun optimizasyon tasarımı
(1) Matkap ucunun arıza formu için, matkap tasarımından yapısını optimize etmek gerekir. PDC matkabının ana tasarım parametreleri şunlardır: Kesme Açısı α. Yan Açı β. Azimut Açısı γ. vb. γ, PDC dişlerinin yönelim referans çizgisi ile matkabın merkez çizgisi arasındaki Açı'yı ifade eder. α, PDC dişinin yönelim referans çizgisi ile kesicinin çalışma düzlemi arasındaki Açı'yı ifade eder. Şekil 5'te gösterildiği gibi. β, merkez noktasından geçen düzlem ile matkabın merkez çizgisi ile kesicinin çalışma düzlemi arasındaki Açı'yı ifade eder. Şekil 6'da gösterildiği gibi. Ön araştırma ve kapsamlı uygulama analizi, PDC kesicilerin Kesme Açısı ve Yan Açı'nın matkabın ömrünü ve delme verimliliğini doğrudan etkileyebileceğini göstermektedir. Ve matkabın tasarımını farklı delme oluşumlarına göre optimize etmek gerekir. Kesme Açısı tasarımı delme verimliliğini büyük ölçüde etkileyecektir. veya hiç çekim olmayacaktır; Kesme Açısı çok küçükse. PDC kesme kenarı kırılmaya ve diğer olaylara eğilimlidir. Bu nedenle. Parametre şeması seçilirken matkap tasarımı kapsamlı bir şekilde ele alınmalı, rastgele tasarım yerine orta kesme açısı ve yan açı seçilmelidir.
(2) Ucun kesme açısını optimize etmenin yanı sıra, PDC kesicileri de optimize etmek önemlidir. PDC kesicilerin kalitesi, doğrudan kesme performanslarını ve kullanım ömürlerini belirlediği için madencilik PDC uçlarını önemli ölçüde etkiler. PDC kalitesini artırmada kritik bir faktör, elmas tabakası ile çimentolu karbür matrisi arasındaki bağlama arayüzündeki artık gerilimin ortadan kaldırılmasıdır. Araştırmalar, düzlemsel bir arayüz yapısına sahip PDC kesicilerdeki maksimum gerilimin bu arayüzün her iki tarafına yakın bir yerde yoğunlaştığını ve en yüksek çekme ve kesme gerilimlerinin elmas tabakasının kenarında meydana geldiğini göstermektedir. Çekme geriliminin varlığı, PDC'de anormal kırılmalara yol açabilirken, kesme gerilimi PDC kesicilerde delaminasyonun birincil nedeni olarak görev yapar.
(3) PDC kesicilerdeki kalıntı gerilimi ortadan kaldırmanın yanı sıra, ikincil işlemler kalitelerini daha da artırabilir. Şu anda, birincil yüzey işleme yöntemleri arasında elmas yüzey taşlama, kenar pah kırma ve şekillendirilmiş işleme yer almaktadır. PDC kesicilerin seçimi gerçek çalışma koşullarına göre optimize edilebilir.
2.2 Matkap uçlarının makul seçimi
Şu anda, çoğu madencilik alanında sondaj kuyusu delme işlemlerinde kullanılan PDC uçları çoğunlukla üç kanatlı içbükey tasarıma sahiptir. Ancak, bu uçların seçimi genellikle sınırlıdır ve sınıflandırmadan yoksundur, bu da farklı tabakaların özel gereksinimlerini yeterince karşılamayan tek bir yaklaşımla sonuçlanır. Bu, geleneksel içbükey uçların tatmin edici performans sunmakta zorlandığı, uç ömrünün kısalmasına ve sondaj verimliliğinin azalmasına yol açan karmaşık oluşum koşullarında özellikle sorunludur. Bu tür verimsizlikler yalnızca üretim maliyetlerini artırmakla kalmaz, aynı zamanda inşaat programlarını bozabilir ve önemli ekonomik kayıplara neden olabilir. Bu nedenle, değişen oluşum koşullarına göre uyarlanmış uygun matkap uçlarını seçmek esastır.
Madencilik PDC uçları, uç gövde malzemesine göre iki ana türe ayrılabilir: çelik tipi ve lastik tipi. Çelik tipi uç gövdeleri, öncelikle mekanik yöntemlerle işlenir ve bu da onları geleneksel formasyon delme işlemleri için uygun hale getiren iyi bir tokluk sağlar. Buna karşılık, lastik tipi uç gövdeleri, sert kaya delme veya uzun süreli delme görevleri için ideal olan yüksek aşınma direnci sunan toz metalurjisi işlemleri kullanılarak sinterlenir. Ek olarak, matkap uçları, Şekil 7'de gösterildiği gibi, iç içbükey, yay köşeli, düz tabanlı, kazıyıcı ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli yapılara sınıflandırılabilir. ①İçbükey ucun içbükey yapı tasarımı, geleneksel formasyon inşaatı sırasında düzeltme etkilerini artırır; ②Yay ucunun dağılmış diş düzenlemesi, orta-sert tabakalarda ve üzeriyle çalışırken daha yüksek bir diş yoğunluğu ve gelişmiş delme verimliliği ile sonuçlanır; ③Düz tabanlı ucun dudak şekli neredeyse düzdür ve bu, eğilmeyi kolaylaştırmak için yan kenarlarını keskinleştirir - bu tasarım ağırlıklı olarak yönlü delme uygulamaları için kullanılır; ④Kazıyıcı uç genellikle daha fazla agresiflik sağlayan konik bir yapıya sahiptir ve çoğunlukla yumuşak tabaka veya kömür damarı inşaatlarında kullanılır.
Mevcut madencilik PDC uçları özetlenmiş ve düzenlenmiş olup, referans olması amacıyla Tablo 1'de sunulduğu üzere çeşitli çalışma ve formasyon koşulları altında PDC uçları için seçim kriterleri de verilmiştir.
3. Madencilik PDC Bit Önlemlerinin Kullanımı
Matkap uçlarını dikkatlice seçmenin yanı sıra, bu araçları doğru şekilde kullanmak da aynı derecede önemlidir. Kömür madenlerindeki zorlu inşaat koşulları göz önüne alındığında, işçiler genellikle PDC uç işletim yönergelerine sıkı sıkıya uymakta zorlanırlar ve bu da yanlış kullanım nedeniyle sık sık uç arızası vakalarıyla sonuçlanır. Delme verimliliğini artırma çabasıyla, bazı madencilik alanları operasyonlar sırasında uç ağırlığını ayrım gözetmeksizin artırabilir ve bu da erken uç arızasına yol açabilir. PDC uçlarını doğru şekilde kullanmak, performanslarını optimize edebilir ve üretim maliyetlerini azaltabilir. PDC uçlarını kullanırken aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir:
(1) PDC ucu ile matkap takımı arasındaki derecelendirme ilişkisine dikkat edin, büyük çaplı matkap borusunun çok küçük çaplı matkap borusuyla, küçük çaplı matkap borusunun da büyük çaplı matkap ucuyla eşleştirilmediğinden emin olun.
(2) En iyi yaklaşım, yuva yapımında özel bir delik matkabı veya eski bir matkap ucu kullanmak ve delme işleminin şerit kenarı cıvataları, ankraj kabloları ve benzeri engellerin yakınından geçmemesini sağlamaktır.
(3) Sondaj işlemleri yapılırken, sondaj deliği içindeki aşırı basınçtan kaynaklanan kazaların önlenmesi amacıyla besleme basıncının düzenlenmesi esastır.
(4) Lütfen kuru delme veya basınçlı hava delmeden kaçınarak temiz su delme tekniğini kullanın. Basınçlı delme işlemlerine başlamadan önce, tabanında olası yanma olaylarını önlemek için delik içinde uygun su sirkülasyonunu sağlayın.
(5) Ucu çıkarırken, PDC kesiciyi sıkıştırmaktan veya vurmaktan kaçının. Ayrıca, ucun gövde bıçağına çarpmamaya dikkat edin.
4. Sonuç
Kömürün güvenli ve verimli yeşil madenciliği, kömür endüstrisi tarafından sürekli olarak savunulan merkezi bir tema olmuştur. Kömür madenlerinde yeraltı sondaj operasyonları için PDC uçlarının etkili bir şekilde kullanılması önemli bir öneme sahiptir. Bu makale, madencilik PDC uçlarının arıza modlarını analiz ederek çeşitli arıza biçimlerinin ardındaki temel nedenleri açıklamaktadır. Farklı çalışma koşulları ve jeolojik oluşumlar altında uçlar için optimum tasarım ve seçim stratejileri önerirken, kullanımlarına yönelik önlemleri özetleyerek madencilik PDC uçlarının daha iyi seçilmesi ve uygulanması için bir referans sağlamaktadır. Madencilik PDC uçlarının akıllıca seçilmesi ve uygun şekilde kullanılması, bunların etkinliğini en üst düzeye çıkarabilir, kaynak israfını en aza indirebilir ve kömür madenciliğinde güvenliği, verimliliği ve çevre dostu uygulamaları geliştirebilir.