Các kiểu hỏng hóc của mũi khoan chéo và cách kéo dài tuổi thọ trong khoan đá.
Mũi khoan chữ thập vẫn được sử dụng rộng rãi trong khai thác than, đào hầm, khai thác đá và khoan đá nói chung. Hình dạng đơn giản, cấu trúc cắt chắc chắn và hiệu suất thực tế khiến chúng phù hợp với nhiều ứng dụng khoan công suất thấp đến trung bình. Tuy nhiên, mũi khoan chữ thập cũng là một dụng cụ tiêu hao, hoạt động dưới tác động lặp đi lặp lại, quay, mài mòn và nhiệt.
Khi mũi khoan chữ thập bị hỏng sớm, chi phí không chỉ giới hạn ở việc thay thế mũi khoan. Hỏng hóc sớm có thể làm giảm tốc độ khoan, gián đoạn quá trình khoan, làm hỏng mũi khoan, tắc nghẽn lỗ thoát nước, tạo ra các lỗ khoan kém chất lượng và tăng thời gian thi công. Trong những trường hợp khó khăn, một bộ phận bị hỏng có thể cần đến công tác phục hồi hoặc dẫn đến việc phải bỏ dở giếng khoan.
Hầu hết các sự cố hỏng mũi khoan chéo đều liên quan đến một hoặc nhiều trong bốn lĩnh vực sau: thiết kế mũi khoan, chất lượng vật liệu, quy trình sản xuất và vận hành thực tế. Hiểu rõ các kiểu hỏng hóc điển hình giúp người vận hành và người mua dụng cụ khoan đưa ra lựa chọn tốt hơn và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.
1. Sự giãn nở và nứt vỡ của phần chân mũi khoan
Một lỗi thường gặp là sự giãn nở của phần chân mũi khoan, thường dẫn đến nứt vỡ. Phần chân mũi khoan là phần thân dưới của mũi khoan nối mũi khoan với thép khoan. Nó phải giữ được độ ổn định về kích thước trong khi truyền năng lượng va đập và duy trì kết nối chắc chắn.
Khi phần váy mũi khoan giãn nở, phần côn bên trong hoặc khu vực kết nối có thể bị lỏng. Mũi khoan có thể dần dần lún sâu hơn vào thép khoan, trong khi phần chuôi có thể tạo ra một bậc hoặc điểm mài mòn ở đáy váy mũi khoan. Điều này có thể dẫn đến các kết nối lỏng lẻo, tắc nghẽn lỗ xả, mảnh vỡ, gãy chuôi và hỏng mũi khoan sớm.
Hiện tượng giãn nở chân mũi khoan có thể xảy ra khi thân mũi khoan không đủ độ bền cấu trúc để chịu được tải trọng tác dụng. Nếu thành chân mũi khoan quá mỏng, góc lỗ côn không phù hợp, hoặc độ sâu lắp đặt không đủ, thân mũi khoan có thể không cung cấp đủ lực đỡ.
Tính chất vật liệu cũng rất quan trọng. Một mũi khoan quá cứng có thể trở nên giòn và nứt khi va đập. Một mũi khoan quá mềm có thể dễ bị biến dạng hoặc giãn nở hơn. Điều kiện xử lý nhiệt thích hợp phải cân bằng giữa độ dẻo dai, độ cứng và khả năng chống biến dạng.
Các thao tác vận hành không đúng cách có thể làm vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn. Sự không khớp giữa thân mũi khoan và lỗ côn, việc lắp đặt hoặc tháo mũi khoan không chính xác, việc đóng búa quá mức và mài lại không đúng cách đều có thể làm hỏng khu vực kết nối. Người vận hành nên kiểm tra các bề mặt tiếp xúc thường xuyên và tránh sử dụng thép khoan bị hư hỏng với mũi khoan mới.
2. Gãy do mỏi thân mũi khoan
Gãy do mỏi là một dạng hỏng hóc chính khác. Nó thường được tìm thấy ở vùng "eo" của thân mũi khoan, gần chỗ chuyển tiếp giữa phần cán và phần dưới của vành mũi khoan.
Vị trí này có thể có tiết diện tương đối nhỏ và có thể chịu sự tập trung ứng suất trong các chu kỳ va đập lặp đi lặp lại. Mỗi cú đánh từ máy khoan đá tạo ra một chu kỳ tải. Sau hàng nghìn chu kỳ, ngay cả một khuyết tật hình học nhỏ hoặc lỗi bề mặt cũng có thể trở thành điểm khởi đầu cho vết nứt mỏi.
Bài báo gốc lưu ý rằng phần lớn các vết nứt thân mũi khoan xảy ra ở khu vực chuyển tiếp này. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của thiết kế cấu trúc trơn tru và quy trình sản xuất cẩn thận.
Một số yếu tố có thể làm tăng nguy cơ gãy do mỏi:
Độ dày thành váy không đủ
Sự chuyển tiếp đột ngột giữa bề mặt bên trong và bên ngoài.
Bán kính bo tròn nhỏ hoặc góc nhọn
Độ bền hoặc độ dẻo dai của vật liệu không đủ
Xử lý nhiệt không đồng đều
dấu vết gia công thô và khuyết tật bề mặt
Thiếu lớp gia cường bề mặt hoặc lớp bảo vệ chống ăn mòn.
Sự tiếp xúc kém giữa phần nối giữa cán và mũi khoan
Va đập lệch tâm trong quá trình khoan
Các phương pháp tháo gỡ không đúng cách, chẳng hạn như dùng búa tay đập vào mũi khoan.
Thiết kế mũi khoan tốt cần tránh những thay đổi đột ngột về độ dày tiết diện. Bán kính trơn tru và hình dạng cân đối giúp giảm sự tập trung ứng suất. Trong quá trình sản xuất, các vết gia công cần được kiểm soát và xử lý nhiệt cần tạo ra các đặc tính nhất quán trong các vùng quan trọng.
Trong quá trình sử dụng thực tế, người vận hành nên tránh cố gắng ép mũi khoan đã mòn tiếp tục khoan sau khi phát hiện rung động quá mức hoặc va đập bất thường. Một vết nứt nhỏ có thể nhanh chóng phát triển dưới tải trọng lặp đi lặp lại.
3. Hiện tượng mất vật liệu chèn và tách lưỡi dao
Mũi khoan chữ thập thường sử dụng các mảnh hợp kim cứng hoặc các lưỡi cắt bằng cacbua. Nếu các mảnh này bị lỏng, nứt hoặc rơi ra, hiệu suất khoan có thể giảm nhanh chóng.
Việc mất mảnh ghép thường liên quan đến chất lượng hàn hoặc liên kết kém. Thân thép, mảnh ghép cacbua, vật liệu hàn và thiết kế mối nối phải hoạt động đồng bộ. Nếu quá trình hàn không được kiểm soát đúng cách, mối nối có thể không đủ bền để chịu được va đập lặp đi lặp lại và chu kỳ nhiệt.
Hình dạng của hốc đặt mảnh ghép cũng rất quan trọng. Hốc này phải đỡ mảnh ghép cacbua một cách chắc chắn đồng thời cho phép độ dày mối hàn và dòng chảy vật liệu chính xác. Nếu mảnh ghép không được đặt đúng vị trí, sự tiếp xúc có thể không đều và tải trọng có thể tập trung vào một khu vực nhỏ.
Các nguyên nhân tiềm ẩn gây mất miếng chèn bao gồm:
Nhiệt độ hoặc thời gian hàn không chính xác
Hợp kim hàn không tương thích
Sự nhiễm bẩn bề mặt trước khi hàn
Hình dạng túi chèn không chính xác
Vị trí chèn không tốt
Tải trọng va đập quá mức
Khoan khô và quá nhiệt
Rung động mạnh do khoan lệch hướng.
Các nhà sản xuất nên sử dụng quy trình hàn có kiểm soát và kiểm tra chất lượng lắp đặt chi tiết chèn. Người vận hành nên đảm bảo việc làm sạch hiệu quả và ngừng khoan nếu chi tiết chèn bị lỏng hoặc hư hỏng.
4. Hiện tượng nứt vỡ sớm của cacbua
Các mảnh dao cắt cacbua cực kỳ cứng và chịu mài mòn tốt, nhưng chúng không miễn nhiễm với hư hỏng. Hư hỏng sớm của cacbua có thể biểu hiện dưới dạng sứt mẻ cạnh, vỡ góc, nứt, gãy mảnh dao hoặc mất hoàn toàn mảnh dao.
Nguyên nhân có thể liên quan đến thiết kế mũi khoan, loại cacbua, chất lượng sản xuất, điều kiện khoan hoặc hành vi của người vận hành. Mảnh cacbua phải được hỗ trợ đủ từ thân thép và phải phù hợp với điều kiện đá. Loại cacbua thích hợp cho đá cứng, mài mòn có thể có đặc tính khác với loại được sử dụng trong các tầng đá mềm hơn hoặc bị nứt nẻ nhiều.
Các thao tác khoan không đúng cách thường là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng hỏng sớm mũi khoan cacbua. Một số ví dụ phổ biến bao gồm khoan khô, gia nhiệt quá mức, chạm đáy lỗ mà không xuyên thấu hiệu quả, mài quá sắc lưỡi cắt và sử dụng mũi khoan trong lỗ bị hư hỏng hoặc không bằng phẳng.
Khoan khô đặc biệt có hại vì nó làm giảm khả năng làm mát và loại bỏ phôi khoan. Nhiệt có thể tích tụ nhanh chóng, làm suy yếu mối hàn và làm tăng ứng suất nhiệt trong cacbua. Việc xả nước kém cũng khiến phôi khoan bị nghiền nát lại, làm tăng mài mòn và rung động.
Mài lại là một yếu tố quan trọng khác. Mũi khoan chữ thập bị mòn cần được mài lại trước khi cacbua bị hư hại nghiêm trọng. Tuy nhiên, mài quá mức có thể tạo ra một cạnh quá sắc, yếu và dễ bị sứt mẻ. Việc mài lại nên khôi phục lại hình dạng cắt ban đầu chứ không chỉ đơn thuần là loại bỏ vật liệu.
Các biện pháp phòng ngừa để kéo dài tuổi thọ của mũi khoan chéo
Để có một mũi khoan chữ thập bền lâu, điều quan trọng là phải lựa chọn đúng. Thiết kế mũi khoan, loại cacbua, thân thép, hệ thống côn và hệ thống xả phải phù hợp với độ cứng của đá, độ mài mòn, thiết bị khoan và kích thước lỗ khoan.
Các nhà vận hành cũng nên tuân thủ quy trình bảo trì phòng ngừa:
Kiểm tra độ khít giữa mũi khoan và cán trước khi khoan.
Kiểm tra các mảnh dao cắt cacbua xem có bị nứt, lỏng lẻo hoặc mòn quá mức không.
Duy trì việc xả khí hoặc nước hiệu quả.
Tránh khoan khô khi cần phải súc rửa đường ống.
Sử dụng đúng cài đặt lực tác động, xoay và cấp liệu.
Mài lại các cạnh cắt đã mòn trước khi xảy ra hư hỏng nghiêm trọng đối với cacbua cacbua.
Không được dùng lực tác động lên mũi khoan trong quá trình lắp đặt hoặc tháo gỡ.
Thay thế ngay lập tức các mũi khoan bị hư hỏng, cán mũi khoan bị mòn và các thanh khoan bị biến dạng.
Ghi lại các kiểu hỏng hóc bất thường và xem xét điều kiện khoan.
Phần kết luận
Hỏng mũi khoan chữ thập hiếm khi chỉ do một yếu tố duy nhất gây ra. Sự giãn nở của phần chân mũi khoan, gãy do mỏi thân mũi khoan, mất mảnh dao và vỡ cacbua có thể là kết quả của sự kết hợp giữa các hạn chế về thiết kế, tính chất vật liệu, sự khác biệt trong quá trình sản xuất và sử dụng không đúng cách.
Đối với các nhà thầu khoan, chiến lược hiệu quả nhất là lựa chọn mũi khoan chữ thập chất lượng tốt, phù hợp với điều kiện khoan và vận hành đúng cách với quy trình xả rửa và bảo dưỡng thích hợp. Cách tiếp cận này có thể cải thiện tính nhất quán về độ xuyên thấu, giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến và giảm tổng chi phí trên mỗi mét khoan.
