Выход из строя гидравлических бурильных штанг большого диаметра: руководство по анализу показаний резьбы.
Спустя три месяца после начала работ по строительству тоннеля в западном Китае, руководитель объекта позвал меня к экскаватору. Он держал в руках наконечник тяги R32 и проводил большим пальцем по тому месту, где раньше была резьба. Выступов уже не было. Гладкая поверхность, как у обручального кольца.
Сколько метров на этом? — спросил я.
Возможно, 400.дддххх
Четыреста метров. Это примерно половина того, что эти удилища должны выдавать в хороших условиях. Что-то заедало его сталь, и дело было не только в камнях.
Если вы работаете с гидравлическим буровым станком большого диаметра — при прокладке туннелей, штолен или в любом другом направлении — вы, вероятно, сталкивались с чем-то подобным. Шток, изношенный слишком быстро. Резьба, оборвавшаяся у основания. Изгиб, который не удалось выпрямить, как бы вы ни старались.
Вот что важно знать о поломках бурильных штанг большого диаметра: они почти всегда оставляют следы. Главное — определить, с какой именно причиной поломки вы столкнулись, потому что способы устранения каждой из них разные. Давайте рассмотрим пять наиболее распространенных причин, начиная с той, которая чаще всего приводит к выходу из строя бурильных штанг.
1. Износ резьбы R32 — медленная смерть.
Это самый главный. Тот, который вы будете видеть чаще всего.
Износ резьбы R32 на больших шпулях происходит по двум взаимосвязанным механизмам. Начинается он с фрикционного износа: микроскопического движения между резьбой шпули и буровым долотом, даже при сильном затягивании. Поверхности трутся, отслаиваются мельчайшие частицы, и посадка становится лишь немного свободнее.
Как только этот зазор увеличивается — даже на долю миллиметра — фрикционный износ сменяется ударным износом. Теперь каждый удар молотка с силой ударяет резьбовые поверхности друг о друга, вместо того чтобы чисто передаваться через них. Скорость износа резко возрастает.
Есть ещё один фактор, который большинство людей упускают из виду: нагрев. Под воздействием ударных нагрузок и вращения мощного гидравлического пробойника точки контакта резьбы могут локально перегреваться. Речь идёт о температуре, достаточной для размягчения закалённой поверхности, снижения её износостойкости, а в тяжёлых случаях — образования крошечных ямок расплава. Эти ямки становятся очагами образования трещин. Как только в ямке расплава начинается трещина, начинается обратный отсчёт времени.
В полевых условиях вы увидите, как гребни резьбы истончаются и выравниваются к концу сверла. Больше всего от этого страдают первые несколько витков. Если вы заметите это на ранней стадии, вы сможете продлить срок службы конца сверла, регулярно меняя его. Если же нет, профиль резьбы изнашивается до такой степени, что посадка сверла становится некачественной, а ударный износ быстро завершает работу.
2. Резьба R32 трескается внезапно.
Повреждение резьбы происходит реже, чем износ, но когда это случается, ваша смена полностью останавливается.
Металлургический анализ дает четкую картину. Если взять поврежденный участок стали R32, прокипятить его в соляной кислоте для удаления оксидов и рассмотреть под микроскопом, то выделятся две зоны: корень резьбы и вторая резьба от торца. Именно здесь почти всегда начинаются усталостные трещины. Там же находятся и те самые расплавленные ямки, о которых я упоминал ранее.
Почему именно эти две точки? Потому что, когда сверло или развертка обрабатывает забой, в зону резьбы R32 одновременно воздействует вся сила: растягивающее напряжение от силы подачи, крутящее напряжение от вращения, изгиб от отклонения отверстия и ударное воздействие поршня. Корень резьбы в месте соединения со сверлом — это самое узкое поперечное сечение, на которое приходится вся эта нагрузка. Вторая резьба — это место, где волна напряжения отражается и концентрируется. Простая физика.
Здесь также важен аспект контроля качества. Если вы используете буровые долота и штанги от разных производителей — а это постоянно случается на строительных площадках — допуски резьбы могут не совпадать. Слишком большая часть резьбы, выступающая за плечо долота, приводит к неравномерному распределению нагрузки по резьбе. Первая зацепленная резьба принимает на себя непропорционально большую нагрузку, быстрее изнашивается и выходит из строя раньше, чем должна.
Решение не всегда сводится к тому, чтобы купить удилища получше. Иногда нужно подобрать поставщиков, которые смогут вам помочь.
3. Проблемы с соединением хвостовика T38/R38
Вот один пример, который заставит вас остановиться и задуматься.
Основная нагрузка приходится на конец штанги с резьбой R32 — именно он принимает на себя удары долота и воздействие породы. Противоположный конец, где штанга соединяется с адаптером хвостовика через резьбу T38 или R38, работает гораздо щадяще. Он редко выходит из строя. Износ в этом месте минимален по сравнению с рабочей частью.
Так что, если выявляютсяЕсли вы обнаружили трещины или аномальный износ в месте соединения T38/R38, значит, что-то не в порядке на системном уровне. Не стоит просто менять шатун и продолжать работу.
Проверьте три вещи:
Давление подачи на гигантский контейнер.Слишком большое или слишком малое количество изменяет способ соединения нитей.
Настройки силы удара и вращения молотка.Несоответствие параметров приводит к возникновению странных волновых напряжений в струне.
Состояние грунта.Внезапное изменение твердости породы или характера трещин может привести к перегрузке соединений, которые еще вчера работали исправно.
Конец стальной рамы T38/R38 — это ваш индикатор. Когда он начинает сигнализировать, проблема не в стали, а в настройке.
4. Перелом тела стержня — редкий случай.
Переломы корпуса стержня встречаются настолько редко, что при их обнаружении следует исходить из внешних причин, прежде чем обвинять металлургию.
Обратите внимание на: повреждения поверхности от транспортировки или хранения, царапины от контакта с острыми камнями или коррозионные ямки, которые действовали как концентраторы напряжений. Также стоит спросить: использовал ли кто-то удилище в качестве рычага? (Это случается чаще, чем кто-либо признает.) У удилища, сломавшегося посередине, почти всегда есть история, которая началась еще до поломки.
5. Изгибание прутков — геологическая проблема
Если стержень изгибается вблизи конца R32 и не выпрямляется, причина обычно кроется в геологических деталях.
Трещины в породе, резкие изменения твердости пласта или отклонение скважины могут захватить буровой стержень и создать на него изгибающий момент, на который сталь не рассчитана. Как только он деформируется, он выходит из строя. Возможно, вам удастся вернуть его в скважину, но он уже никогда не будет бурить прямо, и вы рискуете столкнуться с усталостным разрушением в следующую смену.
Решение здесь не в улучшении штанги, а в более точном выравнивании скважины. Следите за укреплением скважины. Изучайте грунт. Если пласт трещиноватый, уменьшите подачу. Изогнутая штанга — это симптом состояния скважины, а не стали.
Итог
Выход из строя бурильных штанг большого диаметра не случаен. Каждый вид отказа указывает на что-то конкретное: проблему с допусками, настройку параметров, состояние грунта или проблему с обращением с оборудованием. Научитесь распознавать повреждения, и вы перестанете просто бросать штанги наугад и начнете исправлять то, что действительно неисправно.
Дело в том, что стержень редко является первопричиной. Это просто та часть, которая первой даёт о себе знать.
