Знание ударной штанги сверла (удлинительная штанга сверла)

При выборе буровой штанги для ударного бурового станка горные инженеры сталкиваются со многими факторами, которые можно учитывать комплексно, включая диаметр буровой штанги, форму поперечного сечения, тип буровой стали и процесс термообработки. На выбор влияют не только технические условия, но и региональные предпочтения и предложение на рынке. В настоящее время производятся два основных типа буровых штанг: первый — с кованым адаптером хвостовика, а второй — с резьбой на каждом конце. Первый подходит для цельных, конических или резьбовых головок бура. Второй используется в случае адаптера хвостовика, например, только одна буровая штанга для рельсового бурового станка или буровая штанга в сборе, соединенная с резьбовой втулкой стержня.

Типы буровых штанг:

Полая сталь для сверления горячекатаная из заготовки с круглым центром из цельного металлического сердечника в круглые или шестиугольные поперечные сечения и разной длины. Химический состав стали должен быть тщательно подобран и точно контролироваться в соответствии с типом требуемого сверла и используемым методом термообработки. После прокатки до требуемого размера она растягивается для уменьшения диаметра, а затем металлический сердечник удаляется. Высокоуглеродистая сталь, содержащая 1% углерода и 1% хрома, с небольшим количеством марганца и молибдена, имеет высокую усталостную прочность и может быть подвергнута локальной термообработке и сварке. Они используются для изготовления сверл с адаптерами хвостовика, включая встроенные сверлильные стержни. Процесс высокочастотной закалки включает быстрый нагрев заготовки до 900 °C, а затем быстрое охлаждение ее в воде. Это изменяет структуру металла, а также вызывает сжимающие напряжения в поверхностном слое. Высокочастотный метод может использоваться для локальной термообработки конуса, адаптера хвостовика и резьбы, что делает сверло гибким и способным выдерживать большой изгиб и грубое обращение. Пескоструйная обработка — это процесс холодной закалки, который удаляет поверхностные дефекты и продлевает срок службы. Низко- и среднеуглеродистые стали, содержащие 0,2–0,27% углерода, 2–3% хрома или никеля, а также марганец или молибден, используются для изготовления адаптерных стержней, адаптерных хвостовиков, адаптерных втулок и корпусов буровых долот. Они, как правило, полностью науглероживаются. Во время науглероживания связка из 200–300 буровых стержней подвешивается в клетке и обрабатывается в богатой углеродом атмосфере при температуре 925 °C в шахтной печи в течение примерно 6 часов. В результате науглероживания основной химический состав и свойства внешнего слоя изменяются, что приводит к увеличению объема и сжимающему напряжению. Этот процесс происходит по всей поверхности, включая внутренние промывочные отверстия, улучшая долговечность, усталостную прочность, твердость и жесткость бурового стержня, а также износостойкость и коррозионную стойкость. При мокром бурении, естественно, важно улучшить износостойкость и коррозионную стойкость, чтобы защитить промывочные отверстия. Сообщается, что около 95% деталей адаптера, используемых для подземного мокрого бурения, науглероживаются целиком, включая втулку адаптера и резьбу буровой коронки. Когда этот тип стали частично науглероживается, трудно выполнить локальный отжиг, поскольку будут образовываться зоны dddhhотжиг". Сварка карбидных листов в науглероженной стали для изготовления цельной буровой штанги является технически сложным процессом, но некоторым производителям это удалось. Сверхпрочные цельные буровые штанги, которые они производят, используются в мощных перфораторах для механизированного бурения горных пород. Сообщается, что их срок службы в три раза больше, чем у высокоуглеродистой стали, например, 900 метров против 300 метров. Другая низкоуглеродистая легированная сталь имеет особенно хорошую обрабатываемость. Она содержит никель и хром. Как правило, эта сталь также науглероживается целиком. Среднеуглеродистая (0,42%) углеродистая хромоникелевая сталь используется некоторыми заводами для изготовления длинных,Сверхпрочные интегральные буровые штанги. Внешняя поверхность и промывочные отверстия могут быть фосфатированы для предотвращения ржавчины. Защитный воск также может быть нанесен во время хранения. Коррозия и ржавчина могут вызвать преждевременные усталостные трещины. При бурении абразивных твердых пород мокрыми бурами, как правило, предпочтительны полностью науглероженные буровые штанги. Однако при бурении в открытых карьерах с соединениями или сломанными скальными образованиями буровая штанга подвергается опасности сильного изгиба, и науглероженная буровая штанга может сломаться. Буровые штанги с высокочастотной закалкой могут лучше адаптироваться к этой ситуации. Поскольку высокочастотная закалка буровой штанги имеет большую прочность, ее нелегко повредить случайным или преднамеренным ударом. В то же время, нелегко ослабить резьбу из-за недостаточной силы тяги, что приводит к локальному нагреву и повреждению. Продувка сжатым воздухом также может вызвать локальный нагрев и эрозию поверхности. Буровые штанги с высокочастотной закалкой не склонны к этому явлению, но износ резьбы склонен к возникновению. Буровые штанги с хвостовиками-адаптерами Когда взрывная скважина очень мелкая, например, ниже 6 метров, или по мере углубления взрывной скважины, используется группа буровых штанг разной длины или широко используется один бур, равный глубине взрывной скважины. Этот тип буровой штанги выкован с хвостовиком-адаптером. Буровая головка либо является неотъемлемой частью буровой штанги, либо подвижной буровой головкой, соединенной конусом или резьбой. Буровая штанга с хвостовиком-адаптером изготавливается из шестигранной буровой стали с размерами противоположных сторон 19 мм, 22 мм или 25 мм и используется для ручных бурильных машин, бурильных машин с пневматическими опорами и механизированных бурильных машин для бурения отверстий в рабочих забоях или анкерных болтах. Как упоминалось выше, этот тип буровой штанги обычно изготавливается из высокоуглеродистой хромсодержащей легированной стали. Эта легированная сталь может выдерживать изгиб без поломок или постоянной деформации. Конец адаптера хвостовика (если буровая штанга не полностью науглерожена) закаливается отдельно, чтобы выдерживать ударные напряжения, вызванные поршнем и вращающим моментом. Если буровая головка соединена конусом, ее также можно отдельно термообработать. Цельная конструкция буровой штанги должна сделать общий срок службы карбида вольфрама эквивалентным усталостной долговечности буровой штанги. Однако в очень абразивных породах такой подход нецелесообразен, и лучше использовать подвижную буровую головку. Механизированное бурение горных пород с промывкой шлама водой под высоким давлением должно быть оснащено уплотнением адаптера хвостовика, чтобы предотвратить попадание промывочной воды в буровую штангу, поскольку для пневматических буровых штанг эта ситуация может повлиять на смазку и вызвать образование льда. По крайней мере один производитель предлагает цельную буровую штангу с шаровой зубчатой ​​буровой головкой вместо щелевой буровой головки. В сломанных или трещиноватых породах целесообразно использовать цельную буровую штангу с поперечной буровой головкой, поскольку при бурении в этих породах существует риск заклинивания. Однако головка сверла с прорезью имеет неоспоримое преимущество: ее легко затачивать.

Присоединение адаптера хвостовика:

 При бурении глубоких отверстий штангой хвостовик штанги вставляется в переходную втулку хвостовика буровой дрели, а втулка штанги соединяется с первой буровой штангой в группе буровых штанг. Поскольку производители буровых дрелей выпускают буровые дрели с различными конструкциями буровых втулок, существует много типов хвостовиков штанги. Самым простым является шестигранный буровой хвостовик, а другие различаются по сложности, с выступами или шлицами. Хвост штанги должен передавать энергию удара, вращательный момент и движущую силу буровой штанге, а его задняя торцевая поверхность, резьба и шлиц или буртик должны иметь высокую износостойкость. Ударная волна, создаваемая поршнем, распространяется со скоростью звука в стали (около 5000 м/с) и частотой 60 раз/с. Небольшое смещение будет происходить в резьбовом соединении, и вызванный износ должен быть минимизирован износостойкой сталью. Используемая износостойкая сталь должна иметь характеристики, чтобы стать хрупкой, но не потерять усталостную прочность. Наиболее подходящей сталью является низкоуглеродистая хромистая сталь или никель-хромовая сталь, а обычно используемой термической обработкой является полная цементация. При бурении неглубоких отверстий лучше соединить рельсовый бур и рабочее буровое долото с хвостовиком адаптера, чем использовать один буровой стержень с адаптером хвостовика, особенно при бурении отверстий большого диаметра в твердой породе и использовании мощных буровых установок. Этот метод позволяет при необходимости заменять хвостовик адаптера, адаптерную втулку, буровой стержень и буровое долото. Однако, поскольку адаптерная втулка проходит через открытый держатель сверла, есть недостаток, заключающийся в том, что длина толчка теряется, равная длине хвостовика адаптерного стержня. При бурении нисходящих ступенчатых отверстий первый буровой стержень необходимо отсоединить от адаптера хвостовика перед добавлением адаптера. При использовании адаптерной втулки он может выпасть, поэтому иногда предпочтительнее использовать адаптер хвостовика с внутренней резьбой. Если не используются все внутренние резьбы, адаптерная втулка должна быть присоединена к нижнему концу бурового стержня. По сравнению с использованием переходной втулки, между переходником хвостовика и первой буровой штангой образуется более жесткое соединение. Если в переходнике хвостовика из-за прогиба шпура возникают большие изгибающие напряжения, то жесткое соединение с большей вероятностью будет повреждено. Между хвостовиком буровой коронки и резьбовой частью имеется "slender" переходная секция, которая, как говорят, делает буровую коронку эластичной и способной выдерживать изгибающие напряжения. Промывочная среда (вода или сжатый воздух) поступает в шпур через водяную иглу перфоратора или независимое вращающееся устройство. Когда для промывки используется вода под высоким давлением (более 8 бар), необходимо использовать независимое вращающееся устройство. Современные гидравлические перфораторы имеют встроенную систему промывки на конце втулки буровой коронки.

Соединение буровых штанг:

Буровые штанги для глубокого бурения изготавливаются из хромомолибденовой стали, содержащей 2~3% хрома или никеля, и могут быть шестигранными или круглыми. Диаметр тела штанги и резьбовой части буровой штанги большого сечения одинаковый, в то время как диаметр резьбового конца легкой буровой штанги больше. Хотя более легкая буровая штанга имеет риск прогиба шпура из-за сниженной жесткости, более удобно использовать легкие буровые штанги при бурении вверх. Легкие буровые штанги требуют сложных процессов ковки, а цементация является основным методом для получения более высокой усталостной прочности. Круглые буровые штанги диаметром более 32 мм используются для бурения глубоких отверстий на тяжелых буровых машинах. При соединении и разгрузке тяжелых буровых штанг для бурения глубоких отверстий используйте эффективные вспомогательные устройства для механизации соединения и разгрузки буровых штанг.

Темы:

Резьба дддхххРдддххх имеет постоянный угол резьбы 20° и постоянный шаг 0,5 дюйма, измеренный от оси буровой штанги. Она используется для буровых штанг небольшого размера диаметром от 22 мм до 28 мм. Для мощных перфораторов возможно перетягивание резьбы дддхххРдддххх, а степень затяжки зависит от энергии удара, крутящего момента и сопротивления, создаваемого породой и осевой силой. По сравнению с резьбой дддхххРдддххх резьба "T" имеет больший угол резьбы, а ее шаг увеличивается с увеличением диаметра. Она обладает характеристиками сбалансированной герметичности и используется для буровых штанг диаметром 38 мм и 45 мм. Резьба дддхххКдддххх подходит для более крупного оборудования, такого как буровые штанги диаметром 51 мм или 57 мм. Он имеет двухзаходную резьбу, а угол профиля резьбы аналогичен углу профиля резьбы "T". Профиль резьбы "Привет-Лидддддххх имеет пилообразную форму, а его производительность соединения и разборки находится между резьбами дддхххРдддххх и "T". Он используется для буровых штанг диаметром от 25 мм до 57 мм, а угол его резьбы находится между резьбами дддхххРдддххх и "T". Когда бурение горных пород проще, резьбовая часть на шатуне может быть сделана в два раза длиннее, так что когда первый участок резьбы изнашивается, его можно отрезать, но при отрезании следует уделять особое внимание, чтобы избежать локального нагрева и отпуска буровой штанги. В некоторых случаях буровая штанга достигла своего усталостного ресурса после износа резьбы. Выбор односторонней или двухсторонней резьбы определяется осмотром и испытанием буровой установки и горных пород. определить, но тяга является важным параметром. Ингерсолл-Рэнд производит специальную резьбу, которая нарезается по всей длине стержня, так что когда один конец изнашивается, его можно отрезать, а затем снять фаску и использовать повторно. Сообщается, что срок службы в пять раз больше, чем у стержня, нарезанного только на конце. Резьба накатана, что придает ей высокую прочность на сдвиг, а поверхность закалена для прочности и износостойкости. Используется довольно крутой угол наклона винтовой линии, так что их можно ослабить с минимальным крутящим моментом. Доступны в размерах 32 мм, 38 мм и 44 мм.

Усовершенствования буровых штанг:

Новое поколение ударных буровых установок, особенно работающих на гидравлической энергии, способно успешно конкурировать с роторными и погружными буровыми установками во многих аспектах открытого бурения. Эти достижения происходили параллельно с усовершенствованиями буровых штанг и буровых долот. По мере увеличения скорости бурения буровые штанги должны быть более упругими и, как правило, более тяжелыми. Очевидно, что устройства для перемещения и автоматическое управление тяжелыми буровыми штангами являются важным и необходимым вспомогательным оборудованием. Срок службы буровых штанг в основном зависит от амплитуды волны напряжения, поэтому наиболее благоприятны длинные волны напряжения с небольшой амплитудой и равномерным распределением. Гидравлические ударные буровые установки создают такие волны. Их поршни имеют небольшой и длинный диаметр по сравнению с короткими и толстыми поршнями пневматических буровых установок. По оценкам, при использовании гидравлических буровых установок возможна экономия 15% затрат на потребление буровых штанг. Другие благоприятные факторы заключаются в том, что мощность буровой установки можно относительно легко регулировать в соответствии со скоростью бурения и стоимостью буровой штанги. Кроме того, использование автоматического открывания глаз и устройств защиты от заклинивания также может предотвратить или, по крайней мере, минимизировать возникновение заклинивания. По оценкам, основные инвестиции составляют 25-30% от стоимости бурения горных пород, запасные части и техническое обслуживание составляют 22-33%, заработная плата составляет 12-25%, потребление энергии составляет 2-6%, а буровые штанги и буровые долота составляют 20-22%. В вышеупомянутых расходах существуют большие различия между шахтами. Однако, если общая стоимость бурения горных пород руды составляет 2 доллара США за тонну, стоимость буровых штанг и буровых долот составляет 0,4 доллара США за тонну. Если во время бурения горных пород часто происходят поломки буровых долот, это увеличит затраты и задержки. На крупных шахтах даже небольшая экономия на потреблении буровых долот и буровых штанг может принести значительную выгоду. Чтобы минимизировать затраты, очень важно обсудить это с производителем буровых штанг и тщательно выбрать буровую штангу в соответствии с условиями производства и использования.

Техническое обслуживание буровой штанги:

Буровая машина: Убедитесь, что хвостовая втулка бура цела, а сверло острое. Поверните стержень и используйте стержни в группе стержней по очереди, чтобы резьба в группе стержней изнашивалась равномерно. Используйте втулку стержня в соответствии с соответствующим сроком службы резьбы стержня - новая втулка стержня соответствует новому стержню. При сухом бурении очистите и смажьте резьбу специальной смазкой и используйте только прямые буровые штанги. Нагрев буровой штанги перед использованием в холодных погодных условиях продлит ее срок службы. Сверлите осторожно и используйте 1/4 ~ 1/2 мощности перфоратора при бурении. Если буровая штанга не выровнена, ее необходимо пересверлить. Используйте оптимальную тягу. Чрезмерная тяга приведет к изгибу буровой штанги и сокращению ее срока службы, а также может заблокировать отверстие для продувки буровой головки и вызвать износ или повреждение твердосплавной пластины буровой головки; недостаточная тяга приведет к нагреву в соединении, повреждению соединения, чрезмерному износу или ослаблению твердосплавной пластины буровой головки. Втулка штанги "snaps" относительно держателя сверла, что повредит втулку штанги. Обеспечить промывку означает, что всегда достаточно промывочной воды для быстрого удаления щебня. Будьте осторожны при расстыковке — используйте 1/4 скорости нажатия при расстыковке, чтобы предотвратить застревание. Используйте хороший гаечный ключ, чтобы отсоединить штангу. Удары молотком или использование трубного ключа повредят закаленную поверхность. Ловушки могут вызвать усталостные трещины. Используйте специальный измеритель для измерения износа резьбы на удлинительной втулке и штанге. Когда износ превышает указанный предел, ее необходимо утилизировать. Хранение Если ее нужно хранить после использования, ее необходимо обработать ингибитором ржавчины и не хранить рядом с водой или пылью. Коррозия является большой проблемой в подземных шахтах.