Kiến thức về thanh khoan tác động (thanh khoan mở rộng)

Khi lựa chọn thanh khoan cho máy khoan đá tác động, các kỹ sư khai thác phải đối mặt với nhiều yếu tố có thể được xem xét toàn diện, bao gồm đường kính thanh khoan, hình dạng mặt cắt ngang, loại thép khoan và quy trình xử lý nhiệt. Việc lựa chọn không chỉ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện kỹ thuật mà còn bởi sở thích của khu vực và nguồn cung thị trường. Có hai loại thanh khoan cơ bản hiện đang được sản xuất: loại đầu tiên có bộ chuyển đổi chuôi rèn và loại thứ hai có ren ở mỗi đầu. Loại đầu tiên phù hợp với đầu khoan tích hợp, côn hoặc có ren. Loại thứ hai được sử dụng trong trường hợp bộ chuyển đổi chuôi, chẳng hạn như chỉ có một thanh khoan cho máy khoan đá loại ray hoặc thanh khoan lắp ráp thanh được kết nối với ống lót thanh ren.

Các loại thanh khoan:

Thép khoan rỗng được cán nóng từ phôi có lõi kim loại tròn ở giữa thành mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình lục giác và có chiều dài khác nhau. Thành phần hóa học của thép phải được lựa chọn kỹ lưỡng và kiểm soát chính xác để phù hợp với loại thanh khoan cần thiết và phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng. Sau khi cán đến kích thước yêu cầu, thép được kéo dài để giảm đường kính và sau đó lõi kim loại được loại bỏ. Thép cacbon cao chứa 1% cacbon và 1% crom, với một lượng nhỏ mangan và molypden, có khả năng chống mỏi cao và có thể được xử lý nhiệt và hàn tại chỗ. Chúng được sử dụng để sản xuất thanh khoan có bộ chuyển đổi chuôi, bao gồm cả thanh khoan tích hợp. Quá trình làm nguội tần số cao bao gồm việc làm nóng nhanh phôi đến 900°C rồi làm nguội nhanh trong nước. Điều này làm thay đổi cấu trúc kim loại và cũng gây ra ứng suất nén ở lớp bề mặt. Phương pháp tần số cao có thể được sử dụng để xử lý nhiệt cục bộ hình nón, bộ chuyển đổi chuôi và ren, giúp thanh khoan linh hoạt và có khả năng chịu được uốn cong lớn và xử lý thô bạo. Phun cát là quá trình làm cứng nguội giúp loại bỏ các khuyết tật bề mặt và kéo dài tuổi thọ. Thép các-bon thấp và trung bình chứa 0,2-0,27% các-bon, 2-3% crom hoặc niken và mangan hoặc molypden được sử dụng để chế tạo thanh chuyển tiếp, đuôi chuyển tiếp, ống chuyển tiếp và thân mũi khoan. Chúng thường được thấm cacbon hoàn toàn. Trong quá trình thấm cacbon, một bó gồm 200-300 thanh khoan được treo trong lồng và được xử lý trong môi trường giàu cacbon ở nhiệt độ 925°C trong lò hố trong khoảng 6 giờ. Do thấm cacbon, thành phần hóa học cơ bản và các tính chất của lớp ngoài thay đổi, gây ra sự gia tăng thể tích và ứng suất nén. Quá trình này xảy ra trên toàn bộ bề mặt bao gồm các lỗ xả bên trong, cải thiện độ bền, độ bền mỏi, độ cứng và độ cứng của thanh khoan cũng như khả năng chống mài mòn và ăn mòn. Khi khoan ướt, việc cải thiện khả năng chống mài mòn và ăn mòn là điều tất nhiên để bảo vệ các lỗ xả. Có báo cáo rằng khoảng 95% các bộ phận bộ chuyển đổi được sử dụng để khoan ướt ngầm đều được thấm cacbon toàn bộ, bao gồm cả ống lót bộ chuyển đổi và ren mũi khoan. Khi loại thép này được thấm cacbon một phần, rất khó để thực hiện ủ cục bộ vì các vùng "annealing" sẽ được hình thành. Đây là một quá trình khó khăn về mặt kỹ thuật để hàn các tấm cacbua trong thép thấm cacbon để tạo thành một thanh khoan tích hợp, nhưng một số nhà sản xuất đã thành công. Các thanh khoan tích hợp chịu lực nặng mà họ sản xuất được sử dụng trong các máy khoan đá công suất cao để khoan đá cơ giới. Có báo cáo rằng tuổi thọ của chúng gấp ba lần so với thép cacbon cao, chẳng hạn như 900 mét so với 300 mét. Một loại thép hợp kim cacbon thấp khác có khả năng gia công đặc biệt tốt. Nó chứa niken và crom. Nhìn chung, loại thép này cũng được thấm cacbon toàn bộ. Một số nhà máy sử dụng thép crom-niken cacbon trung bình (0,42%) để sản xuất dài,Thanh khoan tích hợp chịu lực nặng. Bề mặt ngoài và lỗ xả có thể được phốt phát hóa để chống gỉ. Sáp bảo vệ cũng có thể được áp dụng trong quá trình lưu trữ. Ăn mòn và gỉ sét có thể gây ra các vết nứt mỏi sớm. Khi khoan đá cứng mài mòn bằng máy khoan đá ướt, thanh khoan được thấm cacbon hoàn toàn thường được ưu tiên. Tuy nhiên, khi khoan ở các bậc thang lộ thiên có mối nối hoặc thành tạo đá bị vỡ, thanh khoan có nguy cơ bị uốn cong nghiêm trọng và thanh khoan được thấm cacbon có thể bị gãy. Thanh khoan tôi tần số cao có thể thích ứng tốt hơn với tình huống này. Vì thanh khoan tôi tần số cao có độ bền cao hơn nên không dễ bị hư hỏng do va chạm vô tình hoặc cố ý. Đồng thời, không dễ nới lỏng ren do lực đẩy không đủ, gây ra hiện tượng nóng cục bộ và hư hỏng. Thổi khí nén cũng có thể gây ra hiện tượng nóng cục bộ và xói mòn bề mặt. Thanh khoan tôi tần số cao không dễ xảy ra hiện tượng này, nhưng dễ bị mòn ren. Thanh khoan có bộ chuyển đổi chuôi Khi lỗ nổ rất nông, ví dụ, dưới 6 mét, hoặc khi lỗ nổ sâu hơn, một nhóm thanh khoan có chiều dài khác nhau được sử dụng hoặc một mũi khoan duy nhất bằng độ sâu của lỗ nổ được sử dụng rộng rãi. Loại thanh khoan này được rèn bằng bộ chuyển đổi chuôi. Đầu khoan là một phần liền với thanh khoan hoặc đầu khoan di động được kết nối bằng hình nón hoặc ren. Thanh khoan có bộ chuyển đổi chuôi được làm bằng thép khoan lục giác có kích thước mặt đối diện là 19mm, 22mm hoặc 25mm và được sử dụng cho máy khoan đá cầm tay, máy khoan đá chân khí và xe khoan cơ giới để khoan lỗ trên mặt làm việc hoặc bu lông đá. Như đã đề cập ở trên, loại thanh khoan này thường được làm bằng thép hợp kim chứa crom cacbon cao. Thép hợp kim này có thể chịu được uốn cong mà không bị gãy hoặc biến dạng vĩnh viễn. Đầu của bộ chuyển đổi chuôi (nếu thanh khoan chưa được thấm cacbon hoàn toàn) được tôi riêng để chịu được ứng suất va đập do piston và mô-men xoắn quay gây ra. Nếu đầu khoan được kết nối bằng một hình nón, nó cũng có thể được xử lý nhiệt riêng biệt. Cấu trúc thanh khoan tích hợp là để làm cho tổng tuổi thọ hao mòn của cacbua vonfram tương đương với tuổi thọ mỏi của thanh khoan. Tuy nhiên, trong các loại đá mài mòn rất cao, cách tiếp cận này không thực tế và tốt hơn là sử dụng đầu khoan di động. Khoan đá cơ giới với các mảnh cắt xả nước áp suất cao nên được trang bị một miếng đệm bộ chuyển đổi chuôi để ngăn nước xả vào máy khoan đá, vì đối với máy khoan đá khí nén, tình huống này có thể ảnh hưởng đến việc bôi trơn và gây ra băng. Ít nhất một nhà sản xuất cung cấp một thanh khoan tích hợp với đầu khoan răng bi thay vì đầu khoan có rãnh. Trong các loại đá bị vỡ hoặc nứt, phù hợp để sử dụng một thanh khoan tích hợp với đầu khoan chéo vì có nguy cơ kẹt khi khoan trong các loại đá này. Tuy nhiên, đầu khoan có rãnh có ưu điểm nổi bật là dễ mài.

Kết nối bộ chuyển đổi chuôi:

 Khi khoan lỗ sâu bằng thanh, đuôi thanh được đưa vào ống nối trục của máy khoan đá và ống nối thanh được kết nối với thanh khoan đầu tiên trong nhóm thanh khoan. Vì các nhà sản xuất máy khoan đá sản xuất máy khoan đá với nhiều cấu trúc ống nối khoan khác nhau nên có nhiều loại đuôi thanh. Đơn giản nhất là đuôi vai lục giác, các loại khác có độ phức tạp khác nhau, có các gờ hoặc rãnh. Đuôi thanh phải truyền năng lượng va đập, mô men quay và lực đẩy đến thanh khoan, và mặt sau, ren và rãnh hoặc vai của nó phải có khả năng chống mài mòn cao. Sóng xung kích do piston tạo ra lan truyền với tốc độ âm thanh trong thép (khoảng 5000 m/giây) và tần số 60 lần/giây. Sẽ xảy ra một sự dịch chuyển nhỏ tại kết nối ren và phải giảm thiểu sự mài mòn gây ra bằng thép chống mài mòn. Thép chống mài mòn được sử dụng phải có đặc tính trở nên giòn nhưng không mất độ bền mỏi. Thép phù hợp nhất là thép crom cacbon thấp hoặc thép niken-crom và phương pháp xử lý nhiệt thường được sử dụng là thấm cacbon hoàn toàn. Khi khoan lỗ nông, tốt hơn là kết nối một máy khoan đá loại ray và một mũi khoan sống vào đuôi thanh chuyển đổi hơn là sử dụng một thanh khoan đơn với bộ chuyển đổi chuôi, đặc biệt là khi khoan lỗ có đường kính lớn trong đá cứng và sử dụng máy khoan đá công suất cao. Phương pháp này cho phép thay thế đuôi thanh chuyển đổi, ống chuyển đổi, thanh khoan và mũi khoan khi cần thiết. Tuy nhiên, vì ống chuyển đổi đi qua giá đỡ khoan hở nên có một nhược điểm là độ dài đẩy bị mất bằng với độ dài của đuôi thanh chuyển đổi. Khi khoan lỗ bậc xuống, thanh khoan đầu tiên phải được ngắt kết nối khỏi bộ chuyển đổi chuôi trước khi thêm bộ chuyển đổi. Khi sử dụng ống chuyển đổi, nó có thể rơi ra, vì vậy đôi khi nên sử dụng bộ chuyển đổi chuôi có ren trong. Trừ khi sử dụng tất cả các ren cái, ống chuyển đổi phải được kết nối với đầu dưới của thanh khoan. So với việc sử dụng ống chuyển đổi, kết nối cứng hơn được hình thành giữa bộ chuyển đổi chuôi và thanh khoan đầu tiên. Nếu ứng suất uốn lớn gây ra trong bộ chuyển đổi chuôi do độ lệch của lỗ nổ, kết nối cứng có nhiều khả năng bị hỏng hơn. Có một phần chuyển tiếp "slender" giữa đuôi mũi khoan và phần ren, được cho là làm cho mũi khoan đàn hồi và có thể chịu được ứng suất uốn. Môi trường xả (nước hoặc khí nén) đi vào lỗ nổ thông qua kim nước của máy khoan đá hoặc một thiết bị quay độc lập. Khi sử dụng nước áp suất cao (hơn 8 bar) để xả, phải sử dụng một thiết bị quay độc lập. Máy khoan đá thủy lực hiện đại có hệ thống xả tích hợp ở cuối ống mũi khoan.

Thanh khoan kết nối:

Thanh khoan lỗ sâu được làm bằng thép crom-molypden chứa 2~3% crom hoặc niken, và có thể có hình lục giác hoặc tròn. Đường kính của thân thanh và phần ren của thanh khoan tiết diện lớn là như nhau, trong khi đường kính của đầu ren của thanh khoan nhẹ lớn hơn. Mặc dù thanh khoan nhẹ hơn có nguy cơ làm lệch lỗ nổ do độ cứng giảm, nhưng sử dụng thanh khoan nhẹ thuận tiện hơn khi khoan hướng lên trên. Thanh khoan nhẹ yêu cầu quy trình rèn phức tạp và thấm cacbon là phương pháp cơ bản để đạt được độ bền mỏi cao hơn. Thanh khoan tròn có đường kính lớn hơn 32mm được sử dụng để khoan lỗ sâu trên xe khoan hạng nặng. Khi kết nối và dỡ thanh khoan nặng để khoan lỗ sâu, hãy sử dụng các thiết bị phụ trợ hiệu quả để cơ giới hóa việc kết nối và dỡ thanh khoan.

Chủ đề:

Ren "R" có góc ren không đổi là 20° và bước ren không đổi là 0,5 inch đo từ trục của thanh khoan. Nó được sử dụng cho các thanh khoan kích thước nhỏ có đường kính từ 22mm đến 28mm. Đối với máy khoan đá công suất cao, có thể siết chặt quá mức ren "R" và mức độ siết chặt phụ thuộc vào năng lượng va chạm, mô-men xoắn quay và lực cản do đá và lực đẩy tạo ra. So với ren "R", ren "T" có góc ren lớn hơn và bước ren tăng theo đường kính tăng. Nó có đặc điểm là độ chặt cân bằng và được sử dụng cho các thanh khoan có đường kính 38mm và 45mm. Ren "C" phù hợp với các thiết bị lớn hơn, chẳng hạn như các thanh khoan có đường kính 51mm hoặc 57mm. Nó có ren bắt đầu kép và góc hồ sơ ren của nó tương tự như ren "T". Đường ren của "Hi-Leed" có hình răng cưa, hiệu suất kết nối và tháo rời nằm giữa ren "Rd" và "T". Nó được sử dụng cho thanh khoan có đường kính từ 25mm đến 57mm, và góc ren của nó nằm giữa ren "Rd" và "T". Khi khoan đá dễ hơn, phần ren trên thanh truyền có thể được làm dài gấp đôi, do đó khi phần ren đầu tiên bị mòn, có thể cắt bỏ, nhưng cần đặc biệt chú ý khi cắt bỏ để tránh làm nóng và tôi cục bộ thanh khoan. Trong một số trường hợp, thanh khoan đã đạt đến tuổi thọ mỏi sau khi ren bị mòn. Việc lựa chọn ren một đầu hoặc hai đầu được xác định bằng cách kiểm tra và thử nghiệm các điều kiện khoan đá và đá. để xác định, nhưng lực đẩy là một thông số quan trọng. Ingersoll-Rand tạo ra một loại ren đặc biệt được luồn dọc theo toàn bộ chiều dài của thanh để khi một đầu bị mòn, có thể cắt bỏ rồi vát mép và tái sử dụng. Người ta cho biết nó có tuổi thọ cao gấp năm lần so với thanh chỉ có ren ở đầu. Các ren được cán, giúp chúng có độ bền cắt cao và bề mặt được làm cứng để tăng độ bền và khả năng chống mài mòn. Góc xoắn ốc khá dốc được sử dụng để chúng có thể được nới lỏng với mô-men xoắn tối thiểu. Có sẵn ở kích thước 32mm, 38mm và 44mm.

Cải tiến ở thanh khoan:

Thế hệ máy khoan đá đập mới, đặc biệt là loại chạy bằng thủy lực, có thể cạnh tranh thành công với máy khoan quay và khoan xuống lỗ ở nhiều khía cạnh của hoạt động khoan lộ thiên. Những tiến bộ này diễn ra song song với những cải tiến về cần khoan và mũi khoan. Khi tốc độ khoan tăng lên, cần khoan phải đàn hồi hơn và thường nặng hơn. Rõ ràng, các thiết bị xử lý và điều khiển tự động các cần khoan nặng là thiết bị phụ trợ quan trọng và cần thiết. Tuổi thọ của cần khoan chủ yếu bị ảnh hưởng bởi biên độ của sóng ứng suất, vì vậy sóng ứng suất dài với biên độ nhỏ và phân bố đồng đều là thuận lợi nhất. Máy khoan đá đập thủy lực tạo ra những sóng như vậy. Piston của chúng nhỏ và dài so với piston ngắn và dày của máy khoan đá khí nén. Người ta ước tính rằng có thể tiết kiệm 15% chi phí tiêu thụ cần khoan khi sử dụng máy khoan đá thủy lực. Các yếu tố thuận lợi khác là công suất của máy khoan đá có thể được điều chỉnh tương đối dễ dàng theo sự phù hợp của tốc độ khoan và chi phí cần khoan. Ngoài ra, việc sử dụng các thiết bị mở mắt tự động và chống kẹt cũng có thể ngăn ngừa hoặc ít nhất là giảm thiểu tình trạng kẹt. Người ta ước tính rằng đầu tư cơ bản chiếm 25-30% chi phí khoan đá, phụ tùng thay thế và bảo dưỡng chiếm 22-33%, tiền lương chiếm 12-25%, mức tiêu thụ năng lượng chiếm 2-6% và cần khoan và mũi khoan chiếm 20-22%. Trong các khoản chi phí nêu trên, có sự chênh lệch lớn giữa các mỏ. Tuy nhiên, nếu tổng chi phí khoan đá quặng là 2 đô la/tấn, thì chi phí cho cần khoan và mũi khoan là 0,4 đô la/tấn. Nếu thường xuyên xảy ra gãy mũi khoan trong quá trình khoan đá, điều này sẽ làm tăng chi phí và sự chậm trễ. Ở các mỏ lớn, ngay cả một khoản tiết kiệm nhỏ trong mức tiêu thụ mũi khoan và cần khoan cũng có thể mang lại lợi ích đáng kể. Để giảm thiểu chi phí, điều rất quan trọng là phải thảo luận với nhà sản xuất cần khoan đá và lựa chọn cẩn thận cần khoan theo điều kiện sản xuất và sử dụng.

Bảo dưỡng cần khoan:

Máy khoan: Đảm bảo ống đuôi khoan còn nguyên vẹn và mũi khoan sắc. Xoay thanh và sử dụng các thanh trong nhóm thanh lần lượt để làm cho các ren trong nhóm thanh mòn đều. Sử dụng ống tay thanh theo tuổi thọ tương ứng của ren thanh - ống tay thanh mới được ghép với thanh mới. Khi khoan khô, hãy vệ sinh và bôi trơn các ren bằng mỡ chuyên dụng và chỉ sử dụng thanh khoan thẳng. Làm nóng thanh khoan trước khi sử dụng trong điều kiện thời tiết lạnh sẽ kéo dài tuổi thọ của thanh. Khoan cẩn thận và sử dụng 1/4 ~ 1/2 công suất máy khoan đá khi khoan. Nếu thanh khoan không thẳng hàng, phải khoan lại. Sử dụng lực đẩy tối ưu. Lực đẩy quá mức sẽ khiến thanh khoan bị cong và rút ngắn tuổi thọ của thanh, đồng thời có thể chặn lỗ xả đầu khoan và gây mài mòn hoặc hư hỏng tấm cacbua đầu khoan; lực đẩy không đủ sẽ gây nóng ở mối nối, làm hỏng mối nối, mài mòn quá mức hoặc nới lỏng tấm cacbua đầu khoan. Ống tay thanh "snaps" so với giá đỡ mũi khoan, điều này sẽ làm hỏng ống tay thanh. Đảm bảo xả có nghĩa là luôn có đủ nước xả để nhanh chóng loại bỏ các mảnh đá. Cẩn thận khi tháo neo -- sử dụng 1/4 tốc độ đẩy khi tháo neo để tránh bị kẹt. Sử dụng cờ lê tốt để tháo thanh. Đập hoặc sử dụng cờ lê ống sẽ làm hỏng bề mặt đã cứng. Cạm bẫy có thể gây ra gãy mỏi. Sử dụng một thước đo đặc biệt để đo độ mòn của ren trên ống nối dài và thanh. Khi độ mòn vượt quá giới hạn quy định, phải loại bỏ. Lưu trữ Nếu phải lưu trữ sau khi sử dụng, phải xử lý bằng chất ức chế rỉ sét và không được lưu trữ gần nước hoặc bụi. Ăn mòn là một vấn đề lớn trong các mỏ ngầm.