Ударная дрель представляет
При выборе буровой штанги для ударного бура горные инженеры должны учитывать множество факторов, включая диаметр штанги, форму поперечного сечения, тип буровой стали и процесс термообработки. На выбор влияют не только технические условия, но и региональные предпочтения и доступность рынка.
В настоящее время производятся два основных типа буровых штанг: первый — с кованым хвостовиком, второй — с резьбой на каждом конце. Первый подходит для цельных, конических или резьбовых сверлильных головок. Второй используется в случае хвостовой части бура, например, отдельной буровой штанги для перфоратора рельсового типа или буровой штанги в сборе, соединенной с резьбовой втулкой.
Типы буровой стали
Полую буровую сталь подвергают горячей прокатке из стальной заготовки с цельнометаллическим сердечником с круглым центром в круглое или шестиугольное поперечное сечение и разную длину. Химический состав стали должен быть хорошо выбран и точно контролироваться, чтобы он соответствовал типу требуемой буровой штанги и используемому методу термообработки. После раскатки до необходимого размера его растягивают для уменьшения диаметра, а затем удаляют металлический сердечник.
Высокоуглеродистая сталь, содержащая 1% углерода и 1% хрома, а также небольшое количество марганца и молибдена, обладает высокой усталостной стойкостью и может подвергаться локальной термообработке и сварке. Из них изготавливают буровые штанги с хвостовиками, в том числе цельные.
Процесс высокочастотной закалки включает быстрый нагрев заготовки до 900°C и последующее быстрое охлаждение ее в воде. Это изменяет структуру металла, а также вызывает сжимающее напряжение на поверхности. Высокочастотным методом можно локально термообработать конус, хвостовик сверла и резьбу, что делает буровую штангу гибкой и способной выдерживать большие изгибы и грубые операции. Пескоструйная обработка — это процесс холодной закалки, который устраняет поверхностные дефекты и продлевает срок службы.
Низко- и среднеуглеродистая сталь, содержащая 0,2–0,27% углерода, 2–3% хрома или никеля, а также марганец или молибден, используется для изготовления удлинительных стержней, хвостовиков удлинительных стержней, втулок удлинительных стержней и корпусов буровых долот. Обычно они полностью науглерожены. Во время цементации пучок из 200–300 буровых штанг подвешивают в клетке и обрабатывают в богатой углеродом атмосфере при температуре 925°C в ямной печи в течение примерно 6 часов. Из-за науглероживания основной химический состав и свойства наружного слоя изменяются, вызывая увеличение объема и сжимающее напряжение. Этот процесс происходит по всей поверхности, включая внутренние промывочные отверстия, что повышает долговечность, усталостную прочность, твердость и жесткость буровой штанги, а также ее износостойкость и коррозионную стойкость. При мокром бурении, естественно, важно повысить устойчивость к износу и коррозии, чтобы защитить промывочные отверстия. Сообщается, что около 95% деталей шатуна, используемых для мокрого бурения в подземных скважинах, цементируются целиком, включая втулку шатуна и резьбу бурового долота. Когда сталь этого типа частично науглерожена, локальный отжиг провести затруднительно, поскольку"отжиг"зоны будут сформированы.
Сварка твердосплавных листов из науглероженной стали для изготовления интегральных сверл является технически сложным процессом, но некоторые производители добились успеха. Производимые ими сверхмощные цельные буровые штанги 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.
Еще одна низкоуглеродистая легированная сталь отличается особенно хорошей обрабатываемостью. Содержит никель и хром. Как правило, эта сталь также науглероживается целиком. Среднеуглеродистая (0,42%) углеродистая хромоникелевая сталь используется на некоторых заводах для изготовления длинных цельных буровых штанг большой грузоподъемности.
Внешняя поверхность и промывочные отверстия могут быть фосфатированы для предотвращения ржавчины. Во время хранения также можно наносить защитное восковое покрытие. Коррозия и ржавчина могут привести к преждевременному усталостному растрескиванию.
При бурении абразивных твердых пород буром по мокрой породе обычно предпочтительны полностью науглероженные буровые штанги. Однако при бурении горных пород на ступенях карьера с трещинами или разбитыми горными породами буровая штанга подвергается опасности серьезного изгиба, а науглероженная буровая штанга может сломаться. Буровые штанги с высокочастотной закалкой могут лучше адаптироваться к этой ситуации. Поскольку буровые штанги для высокочастотной закалки обладают большей прочностью, их нелегко повредить в результате случайных или преднамеренных ударов, а также их нелегко повредить ослабленной резьбой, вызванной недостаточной движущей силой, что вызывает локальный нагрев и повреждение. Продувка сжатым воздухом также может вызвать местный нагрев и эрозию поверхности. Сверла, подвергнутые высокочастотной закалке, не склонны к этому явлению, но склонны к износу резьбы.
Когда скважина неглубокая, скажем, ниже 6 метров, или по мере углубления скважины, используется набор буровых штанг разной длины или используется одно бур, равное глубине скважины, что широко применяется в настоящее время. Этот тип буровой штанги имеет хвостовик. Буровая головка либо представляет собой единое целое с буровой штангой, либо представляет собой подвижную буровую головку, соединенную конусом или резьбой. Буровые штанги с хвостовиком изготавливаются из буровой стали шестигранной формы с размерами противоположных сторон 19 мм, 22 мм или 25 мм и используются в ручных перфораторах, перфораторах с воздушной опорой и механизированных буровых машинах для бурения отверстий в забоях или горных породах. болты. Как упоминалось выше, буровые штанги этого типа обычно изготавливаются из высокоуглеродистой хромсодержащей легированной стали. Эта легированная сталь может выдерживать изгиб без разрушения или остаточной деформации.
Конец хвостовой части бура (если буровая штанга не полностью цементирована) закаливается отдельно, чтобы выдерживать ударные напряжения, вызванные поршнем и вращающим моментом. Если буровая головка соединена конусом, ее также можно подвергнуть термообработке отдельно. Общая конструкция буровой штанги должна обеспечивать общий срок службы карбида вольфрама равным усталостной долговечности буровой штанги. Однако такой подход нереален в высокоабразивных породах, и лучше использовать буровую головку под напряжением.
При механизированном бурении породы, в котором для промывки шлама используется вода под высоким давлением, буровая штанга должна быть оборудована хвостовым уплотнением бура, чтобы предотвратить попадание промывочной воды в перфоратор, поскольку для пневматических перфораторов такая ситуация может повлиять на смазку и вызвать лед.
По крайней мере, один производитель предлагает буровую штангу со сферической головкой вместо сверлильной головки с прорезями. Общая буровая штанга с поперечной головкой подходит для сломанных или трещиноватых пород, поскольку при бурении в этих породах существует риск защемления бурового долота. Тем не менее, головка сверла с прорезями обладает выдающимся преимуществом: ее легко шлифовать.
Соединитель хвостовик сверла
При использовании шатуна для сверления глубоких отверстий хвостовик бура шатуна вставляется во втулку хвостовика бура перфоратора, а втулка шатуна соединяется с первой буровой штангой в группе буровых штанг. Поскольку перфораторы, выпускаемые производителем перфораторов, имеют буровые втулки различной конструкции, существует множество типов шатунных хвостовиков буров. Самым простым является хвостовик с шестигранным буртиком, другие различаются по сложности, с бобышками или шлицами.
Хвостовик должен передавать на буровую штангу энергию удара, крутящий момент и тягу, а его задняя поверхность, резьба и шлицы или хвостовик должны обладать высокой износостойкостью. Ударная волна, создаваемая поршнем, распространяется со скоростью звука в стали (около 5000 м/с) и частотой 60 раз/с. В резьбовом соединении возникают небольшие смещения, и вызванный износ должен быть сведен к минимуму с помощью износостойкой стали, которая становится хрупкой, но не теряет усталостной прочности. Наиболее подходящей сталью является низкоуглеродистая хромистая сталь или никель-хромовая сталь, а обычной термообработкой является полная цементация.
При бурении неглубоких скважин лучше соединить хвостовик и приводное сверло для перфоратора рельсового типа после хвостовика, чем использовать один хвостовик с хвостовиком, особенно при бурении взрывных скважин большого диаметра в твердых породах и использовании мощные перфораторы. Этот метод позволяет при необходимости заменить переходник, закрепительную втулку, буровую штангу и буровую головку. Однако, поскольку закрепительная втулка проходит через открытый держатель сверла, существует недостаток, заключающийся в потере длины удлинения, которая эквивалентна длине переходника.
При бурении ступенчатой взрывной скважины первую секцию буровой штанги необходимо отсоединить от адаптера перед установкой адаптера. Закрепительная втулка может упасть, поэтому иногда предпочитают использовать переходник с внутренней резьбой. Если не используются все внутренние резьбы, закрепительная втулка соединяется с нижним концом буровой штанги. По сравнению с использованием закрепительной втулки между переходником сверла и первой буровой штангой образуется более жесткое соединение. Если из-за отклонения взрывной скважины в адаптере бура возникают большие изгибающие напряжения, существует большая вероятность повреждения жесткого соединения.
Eсть"стройный"переходная часть между хвостовой частью адаптера сверла и резьбовой частью, которая, как говорят, делает адаптер сверла эластичным и способным выдерживать напряжения изгиба.
Промывочная среда (вода или сжатый воздух) поступает в скважину через водяную иглу перфоратора или самостоятельное вращающееся устройство. При промывке водой под высоким давлением (более 8 бар) необходимо использовать независимое вращающееся устройство. Современные гидравлические перфораторы имеют встроенную систему продувки на конце хвостовой втулки бура.
Шатуны
Стержни для бурения глубоких скважин 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 одинаковы, а диаметр резьбового конца легкой буровой штанги больше. Хотя более легкая буровая штанга имеет риск отклонения взрывной скважины из-за пониженной жесткости, при бурении вверх удобнее использовать легкие буровые штанги. Легкие буровые штанги требуют сложных процессов ковки, а цементация является основным методом получения более высокой усталостной прочности.
Круглые буровые штанги диаметром более 32 мм используются для сверления глубоких отверстий на тяжелых буровых машинах. При соединении и разгрузке тяжелых буровых штанг для глубоких скважин используйте эффективные вспомогательные устройства для механизации соединения и разгрузки буровых штанг.
Потоки
Существует четыре основные конструкции резьбы буровых штанг:"р"или волновать нитью,"Т"или трапецеидальная резьба,"С"или двойная резьба, и"Привет-Лид"или резьбу с обратными зубцами (рис. 1)."Т"резьба разработана компанией Сандвик и может производиться другими производителями по лицензии Сандвик, однако в большинстве случаев она маркируется другими символами. Вся резьба должна быть изготовлена с высокими допусками точности и иметь высокое качество поверхности.
Изображение
"р"резьба имеет постоянный угол резьбы 20°, измеренный от оси стержня, и постоянный шаг 0,5 дюйма. Применяется для малогабаритных стержней диаметром от 22мм до 28мм. Для мощных перфораторов можно перетянуть"р"резьба, степень затяжки зависит от энергии удара, крутящего момента и сопротивления, создаваемого породой и тягой.
По сравнению с"р"нить,"Т"резьба имеет больший угол резьбы и ее шаг увеличивается с увеличением диаметра. Он обладает характеристиками сбалансированной герметичности и используется для буровых штанг диаметром 38 мм и 45 мм."С"резьба 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."Т"нить."Привет-Лид"Профиль зуба резьбы имеет пилообразную форму, а производительность его соединения и разборки находится между"р"и"Т*"потоки. Он используется для буровых штанг диаметром от 25 до 57 мм, а размер угла резьбы составляет от"р"и"Т"потоки.
Когда бурение горных пород упрощается, резьбовую часть шатуна можно сделать в два раза длиннее, чтобы при износе первой части резьбы ее можно было срезать, но при обрезке следует уделять особое внимание, чтобы избежать локальных повреждений. нагрев и отпуск буровой штанги. В некоторых случаях буровая штанга достигает усталостного ресурса после изнашивания резьбы. Выбор однозаходной или двухзаходной резьбы определяется осмотром перфоратора и состоянием горных пород, но важным параметром является усилие.
Ингерсолл-Рэнд (Ингерсолл-Рэнд изготовила специальную резьбу, нарезанную по всей длине буровой штанги, поэтому при износе одного конца резьбы ее можно отрезать, а затем снять фаску и использовать повторно. Сообщается, что ее Срок службы увеличивается в 5 раз по сравнению с буровыми штангами с резьбой только на концах. Резьба накатана, что имеет высокую прочность на сдвиг, а поверхность закалена, поэтому она жесткая и износостойкая. Используется достаточно крутой угол спирали. так что его можно ослабить с минимальным крутящим моментом. Его характеристики: 32 мм, 38 мм и 44 мм.
Улучшение буровой штанги
05
Новое поколение ударных перфораторов, специальные. Особенно перфораторы с гидравлическим приводом, которые во многих аспектах бурения открытых горных пород могут выигрывать в конкуренции с роторными и погружными бурами. Эти достижения произошли одновременно с усовершенствованием буровых штанг и долот. По мере увеличения скорости бурения буровая штанга должна иметь большую прочность и обычно тяжелее. Очевидно, что перегрузочное устройство и автоматическое управление тяжелыми буровыми штангами очень важны и являются необходимым вспомогательным оборудованием.
На срок службы буровой штанги в основном влияет амплитуда волны напряжения, поэтому наиболее благоприятными являются длинные волны напряжения с небольшой амплитудой и равномерным распределением. Гидравлические ударные буры создают такую волну. По сравнению с коротким и толстым поршнем пневматического перфоратора диаметр поршня небольшой и длинный. Подсчитано, что можно сэкономить 15% затрат на буровые штанги, используя гидравлические перфораторы. Другим благоприятным фактором является то, что мощность перфоратора можно относительно легко регулировать в зависимости от скорости бурения породы и стоимости буровой штанги. Кроме того, использование автоматического открывания проушины и устройств защиты от заклинивания также может предотвратить или, по крайней мере, свести к минимуму возникновение заклинивания бура.
Подсчитано, что основные инвестиции составляют 25–30% стоимости бурения, запасные части и техническое обслуживание составляют 22–33%, заработная плата составляет 12–25%, потребление энергии составляет 2–6%, а буровые штанги составляют 25–30%. и сверла составляют 20~22%. Среди вышеперечисленных расходов различия между шахтами очень велики. Однако если общая стоимость бурения руды составляет 2 доллара США за тонну, стоимость буровой штанги и долота составит 0,4 доллара США за тонну. Если сверло часто ломается во время сверления, это приведет к увеличению затрат и задержке времени. На крупных шахтах даже небольшая экономия на потреблении буровых долот и буровых штанг может принести значительную выгоду. Чтобы минимизировать затраты, очень важно обсудить с производителем буровой штанги и тщательно выбрать буровую штангу в соответствии с условиями производства и использования.
Техническое обслуживание буровых штанг
06
Сверлильный станок гарантирует, что хвостовая втулка сверла не повреждена, а головка сверла острая.
Поверните шатун и поочередно используйте стержни в группе стержней, чтобы обеспечить равномерный износ резьбы в группе стержней. Используйте втулку шатуна в соответствии с соответствующим сроком службы резьбы буровой штанги - новую втулку шатуна с новой буровой штангой.
При сухом сверлении очищайте и смажьте резьбу специальной смазкой и используйте только прямые буровые штанги. Нагрев буровой штанги перед запуском в холодную погоду продлит срок ее службы.
Сверлите осторожно и при сверлении используйте 1/4–1/2 мощности перфоратора. Если буровая штанга не выровнена, ее необходимо просверлить повторно.
Используйте лучшую тягу. Слишком большая тяга приведет к изгибу стержня и сокращению его срока службы, а также может заблокировать продувочное отверстие буровой головки и привести к износу или повреждению твердосплавной пластины буровой головки; недостаточная тяга приведет к нагреву соединения, повреждению соединения, чрезмерному износу или ослаблению твердосплавной пластины буровой головки.
Втулка стержня"щелкает"против держателя сверла, что может повредить втулку стержня.
Обеспечить промывку означает, что промывочной воды всегда будет достаточно для быстрого удаления каменной крошки.
Будьте осторожны при извлечении сверла – используйте 1/4 скорости тяги при извлечении сверла, чтобы сверло не застряло.
Используйте хороший гаечный ключ, чтобы снять буровую штангу. Удары молотком или использование трубного хомута повредят закаленную поверхность. Ловушки могут привести к усталостным переломам. Используйте специальный калибр для измерения износа резьбы втулки штока и буровой штанги. Когда износ превышает указанный предел, его необходимо сдать в лом.
Хранение Если после использования его необходимо хранить, его необходимо обработать ингибитором ржавчины и не складывать рядом с водой или пылью. Коррозия является большой проблемой в подземных шахтах.
