Sự cố hỏng cần khoan khai thác mỏ: Vì sao độ bền của dây chỉ bằng sợi yếu nhất của nó
Một người bạn của tôi điều hành một mỏ khai thác hầm lò ở Úc. Năm ngoái, anh ấy cho tôi xem nhật ký tiêu thụ cần khoan của mình — 320 cần khoan trong sáu tháng, gấp đôi so với mỏ kế bên. Cùng một loại đá. Cùng một loại giàn khoan. Sự khác biệt nằm ở một điều: không ai trong đội của anh ấy được dạy cách đọc các mô hình sự cố.
"Anh cứ vứt chúng đi khi chúng không còn hoạt động nữa," anh ta nói.
Và đó chính là vấn đề. Các thanh khoan khai thác mỏ — loại được sử dụng theo chuỗi mười, mười lăm, đôi khi là hai mươi thanh trên giàn khoan — thường không hỏng đột ngột. Chúng báo hiệu vấn đề. Bạn chỉ cần biết mình đang nhìn thấy gì.
Không giống như máy khoan hầm cỡ lớn, nơi một thanh duy nhất chịu toàn bộ lực đập của búa, các thanh của giàn khoan khai thác mỏ chia sẻ tải trọng trên một chuỗi dài. Điều đó làm thay đổi cấu trúc hư hỏng. Một số kiểu hư hỏng bạn thấy trên máy khoan hầm cỡ lớn hầu như không đáng kể trong quá trình khai thác. Những kiểu hư hỏng khác, như mài mòn và uốn cong ren bên trong, trở nên phổ biến hơn vì chuỗi khuếch đại các khuyết tật nhỏ trên mỗi khớp nối.
Dưới đây là năm loại sự cố thường gặp trên các giàn khai thác, được xếp hạng theo tần suất xảy ra thực tế dưới lòng đất.
1. Mòn ren — Ren trong bị mòn trước tiên.
Đây là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu, và đây là chi tiết khiến mọi người ngạc nhiên: trên các thanh khai thác mỏ,nội bộPhần ren trong (đầu hộp) thường bị mòn trước phần ren ngoài (đầu chốt).
Bốn yếu tố quyết định tốc độ mòn của chỉ may:
Chất lượng xử lý nhiệt.Đây là yếu tố quan trọng nhất. Độ sâu lớp tôi, độ cứng bề mặt và độ chênh lệch giữa lớp tôi cứng và lõi cứng hơn quyết định độ bền của ren. Cấu trúc vi mô lý tưởng — mactenxit cacbon cao ở bề mặt, bainit bậc thấp ở lõi, với vùng chuyển tiếp rộng và dần dần giữa chúng — không dễ đạt được. Các thanh ren giá rẻ thường bỏ qua những chi tiết tinh tế này.
Độ hoàn thiện và độ khít của ren.Độ nhám bề mặt trên các mặt ren hoạt động như giấy nhám dưới tải trọng. Việc kiểm soát dung sai chặt chẽ đối với hình dạng ren có nghĩa là tải trọng được phân bổ trên nhiều mặt ren hơn thay vì tập trung vào hai hoặc ba mặt.
Điều kiện mặt đất.Đá nứt vỡ làm kẹt các thanh thép. Độ lệch lỗ khoan tạo ra tải trọng uốn cong qua các khớp nối. Mỗi khi một thanh thép bị kẹt, các ren ở khớp nối gần nhất sẽ bị hư hại.
Các thói quen bảo dưỡng.Vấn đề này do người vận hành gây ra và hoàn toàn có thể khắc phục được: sử dụng mũi khoan cùn làm tăng độ lệch lỗ, dẫn đến mài mòn ren nhanh hơn. Việc trộn lẫn các thanh ren cũ với thanh ren mới trong cùng một bộ – nơi các ren mòn nằm cạnh các ren mới – sẽ tập trung tải trọng vào khớp nối chặt nhất. Và việc sử dụng các thanh ren từ các nhà cung cấp khác nhau, có dung sai ren có thể không khớp nhau, về cơ bản là đang trả giá cho sự mài mòn nhanh hơn.
Sự mài mòn ren trong quan trọng hơn đối với các chuỗi cần khoan trong ngành khai thác mỏ vì mỗi khớp nối giữa các cần khoan đều có đầu hình hộp. Hai mươi cần khoan đồng nghĩa với mười chín ren trong nằm trong đường truyền tải lực. Nếu chỉ một ren bị lỏng, toàn bộ chuỗi cần khoan sẽ bắt đầu tự mài mòn.
2. Gãy chân ren ngoài — Giới hạn mỏi
Hầu hết các thanh truyền bị hỏng do mài mòn trước khi đạt đến giới hạn mỏi của ren. Nhưng khi một thanh truyền tiếp tục hoạt động quá tuổi thọ mà không có dấu hiệu mài mòn rõ rệt, bộ phận tiếp theo thường bị hỏng là chân ren ngoài.
Gốc ren là một điểm tập trung ứng suất tự nhiên. Mỗi cú đánh từ búa đều tạo ra một sóng ứng suất truyền qua dây, và tại mỗi khớp nối, sóng này phản xạ và chồng chất lên nhau. Gốc ren ở đầu chốt chịu ứng suất kéo cực đại với mỗi cú đánh.
Xử lý nhiệt quyết định ngưỡng mỏi. Một thanh có quá trình chuyển tiếp bainit/martensit phù hợp có thể chịu được hàng triệu chu kỳ. Thanh có độ cứng thay đổi đột ngột hoặc bị khử cacbon bề mặt sẽ bị nứt sớm.
Các yếu tố vận hành đẩy nó vượt quá giới hạn: hiện tượng kẹt thanh thường xuyên, lệch lỗ và mũi khoan cùn đều làm tăng thêm ứng suất uốn cong bên cạnh tác động dọc trục. Điều lẽ ra chỉ là vết nứt do mỏi đơn thuần biến thành hỏng hóc do ứng suất kết hợp, và thanh bị gãy sớm hơn so với dự đoán theo số mét.
3. Gãy ren trong do rãnh lõm
Mỗi ren trong đều có một rãnh lõm – rãnh giảm áp ở đáy phần ren. Rãnh này được thiết kế như vậy, nhưng nó cũng là phần tiết diện mỏng nhất trong khớp nối.
Có hai nguyên nhân khiến mối nối rãnh bị hỏng. Thứ nhất: ren ngoài của thanh nối chịu tải trọng lên vùng đó sau mỗi cú đánh, và vì mỏng nên nó chịu ứng suất cao hơn. Thứ hai: nếu bề mặt ngoài của đầu hộp bị mòn do ma sát bên ngoài, mối nối rãnh sẽ càng yếu hơn.
Giải pháp thực tế là tìm những thanh có thiết kế ren trong kéo dài. Phần ren dài hơn sẽ phân tán tải trọng trên diện tích ren lớn hơn, giảm ứng suất cực đại tại phần cắt. Đó là một thay đổi hình học đơn giản nhưng tạo ra sự khác biệt đáng kể về tuổi thọ dây cước.
4. Gãy thân thanh piston — Dấu hiệu cảnh báo về chất lượng
Hiện tượng gãy thân thanh thép khai thác mỏ rất hiếm gặp. Khi xảy ra gãy thân đơn lẻ, nguyên nhân thường là do khuyết tật vật liệu — tạp chất trong thép, lỗi cán, hoặc vết xước do thao tác gây ra vết nứt.
Nhưng nếu bạn nhìn thấy mộtlô hàngViệc xuất hiện nhiều vết nứt thân thanh thép thì lại khác. Đó là vấn đề về xử lý nhiệt. Hoặc là quá trình tôi không đều, quá trình ram không đúng cách, hoặc có vấn đề hệ thống với loại thép. Đừng chỉ thay thế những thanh thép bị gãy — hãy lấy mẫu từ lô hàng và gửi đi phân tích cấu trúc kim loại. Việc xuất hiện nhiều vết nứt thân thanh thép cho bạn biết điều gì đó về nhà cung cấp, chứ không phải về hoạt động sản xuất của bạn.
5. Uốn thanh kim loại — Bộ khuếch đại dây
Trên máy đào hầm cỡ lớn, một thanh cần hơi cong chỉ gây khó chịu. Nhưng trên giàn khai thác sử dụng chuỗi 15 thanh cần, điều đó có thể gây ra thảm họa.
Một chỗ cong mà bạn hầu như không nhận thấy trên một thanh đơn lẻ sẽ được nhân lên ở mỗi khớp nối. Khi bạn đã nối đến thanh thứ mười, sợi dây sẽ bị xoắn mạnh bên trong lỗ, làm mòn mọi mặt ren, tạo tải trọng không đều lên mỗi khớp nối và làm cho lỗ không thẳng. Lỗ cong đó sau đó lại làm cong sợi dây tiếp theo tệ hơn nữa.
Đây là lý do tại sao độ thẳng và độ đồng tâm là những tiêu chí chất lượng không thể thiếu đối với thanh thép dùng trong khai thác mỏ. Một nhà sản xuất tốt sẽ nắn thẳng thanh thép thô trước khi gia công, và kiểm tra lại sau khi xử lý nhiệt (luôn gây ra một số biến dạng), đồng thời kiểm tra từng thanh thép trước khi xuất xưởng. Việc bảo quản và vận chuyển cũng rất quan trọng — các thanh thép được bảo quản trên giá đỡ không bằng phẳng hoặc vận chuyển mà không có giá đỡ thích hợp có thể bị biến dạng vĩnh viễn trước khi chúng được sử dụng.
Mô hình giúp tiết kiệm tiền
Điều tôi nhận thấy ở các mỏ khai thác thực sự theo dõi sự cố hỏng cần khoan là: những mỏ có chi phí trên mỗi mét khoan thấp nhất không phải là những mỏ mua cần khoan đắt nhất. Họ là những mỏ xem xét từng cần khoan bị hỏng và tự hỏi, "Cần khoan này đang muốn nói với mình điều gì?"
Đôi khi câu trả lời là "mua cần khoan tốt hơn". Thường thì, đó là "mài mũi khoan thường xuyên hơn", "đừng trộn lẫn các nhà cung cấp trong cùng một dây chuyền", hoặc "máy xử lý nhiệt của bạn có vấn đề về tính nhất quán của từng lô hàng".
Cây gậy sẽ gãy. Cây gậy không biết nói dối.
