Giới thiệu thanh khoan tác động

Khi lựa chọn cần khoan cho máy khoan đá va đập, các kỹ sư khai thác mỏ phải xem xét nhiều yếu tố, bao gồm đường kính cần 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 khu vực và tính sẵn có của thị trường.

Hiện nay có hai loại cần khoan cơ bản: loại thứ nhất có đuôi khoan 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 đuôi khoan, chẳng hạn như một thanh khoan đơn cho máy khoan đá kiểu đường ray, hoặc một thanh khoan cụm thanh được nối với ống bọc thanh có ren.

Các loại thép khoan

Thép khoan rỗng được cán nóng từ phôi thép có lõi kim loại tròn ở giữa thành mặt cắt tròn hoặc hình lục giác và có chiều dài khác nhau. Thành phần hóa học của thép phải được lựa chọn kỹ càng và kiểm soát chính xác để phù hợp với loại cần khoan yêu cầu và phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng. Sau khi cán đến kích thước yêu cầu, nó được kéo căng để giảm đường kính rồi lấy lõi kim loại ra.

Thép carbon cao chứa 1% carbon và 1% crom, cùng một lượng nhỏ mangan và molypden, có khả năng chống mỏi mạnh và có thể được xử lý nhiệt và hàn cục bộ. Chúng được sử dụng để chế tạo các thanh khoan có đuôi khoan, bao gồm cả các thanh khoan tích hợp.

Quá trình làm nguội tần số cao bao gồm làm nóng nhanh phôi đến 900°C và sau đó làm nguội nhanh trong nước. Điều này làm thay đổi cấu trúc kim loại và cũng gây ra ứng suất nén trên bề mặt. Phương pháp tần số cao có thể được sử dụng để xử lý nhiệt cục bộ hình nón, đuôi khoan và ren, giúp thanh khoan trở nên linh hoạt và có thể chịu được các hoạt động uốn cong và thô lớn. Phun cát là một quá trình làm cứng nguội giúp loại bỏ các khuyết tật bề mặt và kéo dài tuổi thọ.

Thép carbon thấp và trung bình chứa 0,2 ~ 0,27% carbon, 2 ~ 3% crom hoặc niken và mangan hoặc molypden được sử dụng để chế tạo thanh mở rộng, đuôi thanh mở rộng, ống bọc thanh mở rộng và thân mũi khoan. Chúng thường được cacbon hóa hoàn toàn. Trong quá trình cacbon hóa, một bó gồm 200 ~ 300 thanh khoan được treo trong lồng và được xử lý trong môi trường giàu carbon ở 925°C trong lò nung trong khoảng 6 giờ. Do quá trình cacbon hóa, thành phần hóa học cơ bản và tính chất của lớp ngoài thay đổi, làm tăng thể tích và ứng suất nén. Quá trình này xảy ra trên toàn bộ bề mặt, bao gồm cả các lỗ xả bên trong, cải thiện độ bền, độ bền mỏi, độ cứng và độ cứng của cần khoan cũng như khả năng chống mài mòn và ăn mòn của nó. Khi khoan ướt, điều quan trọng đương nhiên là phải cải thiện khả năng chống mài mòn và ăn mòn để bảo vệ các lỗ xả nước. Được biết, khoảng 95% các bộ phận của thanh kết nối được sử dụng để khoan ướt trong giếng ngầm đều được cacbon hóa toàn bộ, bao gồm cả ống bọc thanh kết nối và ren mũi khoan. Khi loại thép này được cacbon hóa một phần thì khó thực hiện ủ cục bộ vì"ủ"các khu vực sẽ được hình thành.

Việc hàn các tấm cacbua bằng thép được cacbon hóa để chế tạo các mũi khoan tích hợp là một quá trình khó khăn về mặt kỹ thuật, nhưng một số nhà sản xuất đã đạt được thành công. Các thanh khoan tích hợp hạng nặng mà họ sản xuất được sử dụng trong các máy khoan đá công suất cao để khoan đá cơ giới hóa. Được biết, tuổi thọ sử dụng của chúng gấp ba lần so với thép carbon 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. Nói chung, loại thép này cũng được cacbon hóa nói chung. Thép cacbon crom-niken trung bình (0,42%) được một số nhà máy sử dụng để chế tạo các thanh khoan tích hợp dài, chịu tải nặng.

Bề mặt bên ngoài và các lỗ xả nước có thể được phốt phát hóa để chống rỉ sét. Một lớp phủ sáp bảo vệ cũng có thể được áp dụng trong quá trình bảo quản. Ăn mòn và rỉ sét có thể gây ra các vết nứt mỏi sớm.

Khi khoan đá cứng bị mài mòn bằng máy khoan đá ướt, thường ưu tiên sử dụng các thanh khoan được cacbon hóa hoàn toàn. Tuy nhiên, khi khoan đá trên các bậc thang lộ thiên có mối nối hoặc các khối đá bị vỡ, cần khoan có nguy cơ bị uốn cong nghiêm trọng và cần khoan được cacbon hóa có thể bị gãy. Thanh khoan dập tắt tần số cao có thể thích ứng tốt hơn với tình huống này. Do thanh khoan dập tắt tần số cao có độ bền cao hơn nên không dễ bị hư hỏng do va chạm do vô tình hoặc cố ý, đồng thời cũng không dễ bị hư hỏng do ren lỏng do lực đẩy không đủ, gây nóng và hư hỏng cục bộ. Việc làm sạch bằng khí nén cũng có thể gây nóng cục bộ và xói mòn bề mặt. Thanh khoan dập tắt tần số cao không dễ xảy ra hiện tượng này nhưng dễ bị mòn ren.

Khi lỗ khoan nông, chẳng hạn như dưới 6 mét, hoặc khi lỗ khoan sâu hơn, người ta sử dụng một bộ thanh khoan có chiều dài khác nhau hoặc sử dụng một mũi khoan duy nhất bằng độ sâu của lỗ khoan, cách này được sử dụng rộng rãi ngày nay. Loại thanh khoan này được rèn bằng đuôi khoan. Đầu khoan được tích hợp với cần khoan hoặc đầu khoan di động được nối bằng hình nón hoặc ren. Thanh khoan có đuôi khoan được làm bằng thép khoan lục giác với các kích thước cạnh đối diện là 19mm, 22mm hoặc 25 mm và được sử dụng cho máy khoan đá cầm tay, máy khoan đá chân không và máy khoan cơ giới để khoan lỗ trên bề mặt làm việc hoặc đá bu lông. Như đã đề cập ở trên, loại thanh khoan này thường được làm bằng thép hợp kim có chứa crôm có hàm lượng carbon cao. Thép hợp kim này có thể chịu được uốn cong mà không bị gãy hoặc biến dạng vĩnh viễn.

Phần cuối của đuôi mũi khoan (nếu cần khoan không được cacbon hóa hoàn toàn) được làm nguội riêng biệt để chịu được ứng suất va đập do piston và mômen quay gây ra. Nếu đầu khoan được nối bằng hình nón thì cũng có thể được xử lý nhiệt riêng. Cấu trúc tổng thể của thanh khoan phải làm cho tổng tuổi thọ mài mòn của cacbua vonfram bằng với tuổi thọ mỏi của thanh khoan. Tuy nhiên, cách tiếp cận này không thực tế ở những loại đá có độ mài mòn cao và tốt hơn là sử dụng đầu khoan trực tiếp.

Đối với máy khoan đá cơ giới sử dụng nước áp lực cao để xả đá cắt, cần trang bị gioăng đuôi khoan để ngăn nước phun vào máy khoan đá, vì đối với máy khoan đá khí nén, tình trạng này có thể ảnh hưởng đến việc bôi trơn và gây ra đá.

Ít nhất một nhà sản xuất cung cấp một thanh khoan tổng thể có đầu khoan răng bi thay vì đầu khoan có rãnh. Một thanh khoan tổng thể có đầu khoan chéo phù hợp với những loại đá bị vỡ, nứt vì có nguy cơ bị kẹp mũi khoan khi khoan vào những loại đá này. Tuy nhiên, đầu khoan có rãnh có ưu điểm vượt trội là dễ mài.

Đuôi khoan nối

Khi sử dụng thanh nối để khoan lỗ sâu, đuôi khoan của thanh kết nối được lắp vào ống bọc đuôi khoan của máy khoan đá, và ống bọc thanh kết nối được nối với thanh khoan đầu tiên trong nhóm thanh khoan. Do máy khoan đá do nhà sản xuất máy khoan đá sản xuất có ống khoan có kết cấu khác nhau nên có nhiều loại đuôi khoan thanh nối. Đơn giản nhất là chuôi có vai hình lục giác, những loại khác có độ phức tạp khác nhau, có trùm hoặc trục.

Thân phải truyền năng lượng va đập, mômen quay và lực đẩy tới cần khoan, đồng thời mặt sau, ren và chốt hoặc thân 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/s) và tần số 60 lần/s. Các chuyển vị nhỏ xảy ra ở mối nối ren và sự mài mòn gây ra phải được giảm thiểu bằng thép chịu mài mòn, có đặc tính trở nên giòn nhưng không làm mất độ bền mỏi. Loại thép phù hợp nhất là thép crom cacbon thấp hoặc thép niken-crom, và phương pháp xử lý nhiệt phổ biến là cacbon hóa hoàn toàn.

Khi khoan các lỗ nông, tốt hơn nên kết nối mũi khoan chuôi và mũi khoan sống đối với mũi khoan đá kiểu ray sau chuôi hơn là sử dụng một chuôi đơn với chuôi, đặc biệt khi khoan lỗ nổ đường kính lớn trên đá cứng và sử dụng máy khoan đá công suất lớn. Phương pháp này cho phép thay thế bộ chuyển đổi, ống bọc bộ chuyển đổi, thanh khoan và đầu khoan khi cần thiết. Tuy nhiên, do ống bọc bộ chuyển đổi đi qua giá đỡ máy khoan mở nên có một nhược điểm là mất chiều dài phần mở rộng, tương đương với chiều dài của bộ chuyển đổi.

Khi khoan lỗ nổ dạng bậc thang, phần đầu tiên của cần khoan phải được ngắt khỏi bộ chuyển đổi trước khi lắp bộ chuyển đổi. Với ống bọc bộ chuyển đổi, nó có thể bị rơi ra, vì vậy đôi khi nên sử dụng bộ chuyển đổi có ren bên trong. Trừ khi sử dụng tất cả ren cái, ống bọc bộ chuyển đổi được nối với đầu dưới của thanh khoan. So với việc sử dụng ống bọc bộ chuyển đổi, kết nối chắc chắn hơn được hình thành giữa bộ chuyển đổi máy khoan và thanh khoan đầu tiên. Nếu ứng suất uốn lớn được gây ra trong bộ chuyển đổi máy khoan do độ lệch của lỗ phun, thì kết nối cứng sẽ có nhiều khả năng bị hỏng hơn.

Đây là một"mảnh khảnh"phần chuyển tiếp giữa đuôi của bộ chuyển đổi máy khoan và bộ phận có ren, được cho là làm cho bộ chuyển đổi máy khoan đàn hồi và có thể chịu được ứng suất uốn.

Môi trường xả (nước hoặc khí nén) đi vào lỗ phun thông qua kim phun nước của máy khoan đá hoặc thiết bị quay độc lập. Khi xả bằng nước có áp suất cao (trên 8 bar) phải sử dụng thiết bị quay độc lập. Máy khoan đá thủy lực hiện đại có hệ thống thanh lọc tích hợp ở cuối ống bọc đuôi máy khoan.

Thanh kết nối

Que khoan đá lỗ sâu được làm bằng thép crom-molypden chứa 2-3% crom hoặc niken và có thể có hình lục giác hoặc hình tròn. Đường kính thân que và phần ren của thanh khoan tiết diện lớn là như nhau, trong khi đường kính đầu ren của thanh khoan nhẹ lớn hơn. Mặc dù thanh khoan nhẹ hơn có nguy cơ làm lệch lỗ phun do độ cứng giảm, nhưng sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng thanh khoan nhẹ khi khoan hướng lên trên. Thanh khoan nhẹ đòi hỏi quá trình rèn phức tạp và chế hòa khí là phương pháp cơ bản để đạt được độ bền mỏi cao hơn.

Que khoan tròn có đường kính trên 32mm được sử dụng để khoan lỗ sâu trên các phương tiện khoan hạng nặng. Khi nối, dỡ các cần khoan nặng cho các lỗ sâu phải sử dụng các thiết bị phụ trợ đắc lực để cơ giới hóa việc nối, dỡ các cần khoan.

chủ đề

Có bốn cấu trúc cơ bản của ren cho thanh khoan đá:"R"hoặc sợi sóng,"T"hoặc sợi hình thang,"C"hoặc luồng khởi động kép, và"Hi-Leed"hoặc ren răng cưa ngược (Hình 1). Các"T"sợi được phát triển bởi Sandvik và có thể được các nhà sản xuất khác sản xuất theo giấy phép của Sandvik, nhưng trong hầu hết các trường hợp, nó được đánh dấu bằng các ký hiệu khác. Toàn bộ ren phải được sản xuất với dung sai chính xác cao và có bề mặt hoàn thiện cao.

Hình ảnh

Các"R"ren có góc ren không đổi 20° được đo từ trục của thanh và bước không đổi là 0,5 inch. Nó được sử dụng cho các thanh có kích thước nhỏ với đường kính từ 22mm đến 28mm. Đối với máy khoan đá công suất lớn, có thể siết quá chặt"R"ren, mức độ siết chặt tùy thuộc vào năng lượng va đập, mômen quay và lực cản do đá và lực đẩy tạo ra.

So với"R"chủ đề, cái"T"ren có góc ren lớn hơn và bước ren của nó tăng khi đường kính tăng. Nó có đặc tính độ kín cân bằng và được sử dụng cho các thanh khoan có đường kính 38mm và 45mm."C"ren phù hợp với các thiết bị lớn hơn, chẳng hạn như thanh khoan có đường kính 51mm hoặc 57mm. Nó có các luồng khởi động kép và góc cấu hình luồng của nó tương tự như của"T"chủ đề."Hi-Leed"cấu hình răng ren có hình răng cưa và hiệu suất kết nối và tháo gỡ của nó nằm trong khoảng"R"Và"T*"chủ đề. Nó được sử dụng cho các thanh khoan có đường kính từ 25mm đến 57mm và kích thước góc ren của nó nằm trong khoảng"R"Và"T"chủ đề.

Khi khoan đá dễ dàng hơn, đoạn ren trên thanh nối có thể dài gấp đôi, để khi đoạn ren đầu tiên bị mòn có thể cắt bỏ nhưng khi cắt cần đặc biệt chú ý tránh cục bộ. sưởi ấm và ủ của thanh khoan. Trong một số trường hợp, thanh khoan đã đạt đến độ bền mỏi sau khi ren bị mòn. Việc lựa chọn ren khởi động đơn hoặc ren khởi động kép được xác định bằng thử nghiệm kiểm tra máy khoan đá và điều kiện đá, nhưng lực đẩy là một thông số quan trọng.

Ingersoll-Rand (Ingersoll-Rand đã chế tạo một sợi chỉ đặc biệt được luồn dọc theo toàn bộ chiều dài của cần khoan nên khi một đầu sợi bị mòn, nó có thể được cắt ra rồi vát mép và tái sử dụng. Có thông tin cho rằng nó tuổi thọ tăng gấp 5 lần so với thanh khoan chỉ có ren ở hai đầu. Ren được cuộn, có độ bền cắt cao, bề mặt được làm cứng nên bền và chống mài mòn. để nó có thể được nới lỏng với mô-men xoắn tối thiểu. Thông số kỹ thuật của nó là 32mm, 38mm và 44mm.

Cải tiến thanh khoan

05

Một thế hệ máy khoan đá tác động mới, máy khoan đá chạy bằng thủy lực đặc biệt, có thể giành chiến thắng về nhiều mặt trong việc khoan đá lộ thiên khi cạnh tranh với máy khoan quay và máy khoan lỗ. Những tiến bộ này xảy ra đồng thời với sự cải tiến của thanh khoan và mũi khoan. Khi tốc độ khoan tăng lên, cần khoan phải có độ bền cao hơn và thường nặng hơn. Rõ ràng, thiết bị xử lý và điều khiển tự động của cần khoan hạng nặng là rất quan trọng và là thiết bị phụ trợ cần thiết.

Tuổi thọ của cần khoan chủ yếu bị ảnh hưởng bởi biên độ của sóng ứng suất nên sóng ứng suất dài có biên độ nhỏ và phân bố đều là thuận lợi nhất. Máy khoan đá tác động thủy lực tạo ra loại sóng này. So với piston ngắn và dày của máy khoan đá khí nén, đường kính piston của nó nhỏ và dài. Người ta ước tính có thể tiết kiệm 15% chi phí tiêu hao cần khoan bằng cách sử dụng máy khoan đá thủy lực. Một yếu tố thuận lợi khác là công suất của máy khoan đá có thể được điều chỉnh tương đối dễ dàng tùy theo sự phù hợp giữa tốc độ khoan đá và chi phí cần khoan. Ngoài ra, việc sử dụng thiết bị mở mắt và chống kẹt máy tự động cũng có thể ngăn chặn hoặc ít nhất là giảm thiểu tình trạng kẹt mũi khoan.

Người ta ước tính rằng đầu tư cơ bản chiếm 25 ~ 30% chi phí khoan đá, phụ tùng thay thế và bảo trì chiếm 22 ~ 33%, tiền lương chiếm 12 ~ 25%, tiêu thụ năng lượng chiếm 2 ~ 6% và thanh khoan và mũi khoan chiếm 20~22%. Trong số các khoản chi trên, chênh lệch giữa các mỏ là rất lớn. Tuy nhiên, nếu tổng chi phí khoan quặng là 2 USD/tấn thì chi phí thanh khoan và mũi khoan là 0,4 USD/tấn. Nếu mũi khoan thường xuyên bị gãy trong quá trình khoan sẽ làm tăng chi phí và thời gian trễ. Ở các mỏ lớn, ngay cả việc tiết kiệm một lượng nhỏ trong việc tiêu thụ mũi khoan và thanh khoan cũng có thể mang lại những lợi ích đáng kể. Để giảm thiểu chi phí, điều rất quan trọng là phải trao đổi với nhà sản xuất thanh khoan và lựa chọn cẩn thận thanh khoan theo điều kiện sản xuất và sử dụng.

Bảo trì thanh khoan

06

Máy khoan đảm bảo ống bọc đuôi khoan còn nguyên vẹn và đầu khoan sắc bén.

Xoay thanh kết nối lại và sử dụng lần lượt các thanh khoan trong nhóm cần khoan để ren trong nhóm cần khoan mòn đều. Sử dụng ống bọc thanh kết nối theo tuổi thọ tương ứng của ren thanh kết nối - ống bọc thanh kết nối mới với thanh khoan mới.

Khi khoan khô, hãy làm sạch và bôi trơn các ren bằng mỡ đặc biệt và chỉ sử dụng thanh khoan thẳng. Làm nóng cần khoan trước khi khởi động trong điều kiện thời tiết lạnh sẽ kéo dài tuổi thọ của cần khoan.

Khoan cẩn thận và sử dụng 1/4 ~ 1/2 lực của máy khoan đá khi khoan. Nếu thanh khoan không thẳng hàng thì cần phải khoan lại.

Sử dụng lực đẩy tốt nhất. Lực đẩy quá lớn sẽ khiến thanh bị cong và rút ngắn tuổi thọ, đồng thời có thể chặn lỗ thanh lọc đầu khoan và khiến tấm cacbua đầu khoan bị mòn hoặc hư hỏng; lực đẩy không đủ sẽ gây nóng ở phần kết nối, làm hỏng kết nối, mài mòn quá mức hoặc lỏng tấm cacbua đầu khoan.

Tay áo thanh"chụp nhanh"chống lại giá đỡ máy khoan, điều này sẽ làm hỏng ống bọc thanh.

Đảm bảo xả có nghĩa là luôn có đủ nước xả để nhanh chóng loại bỏ đá vụn.

Cẩn thận khi rút mũi khoan - sử dụng 1/4 tốc độ đẩy khi rút mũi khoan để tránh mũi khoan bị kẹt.

Sử dụng cờ lê loại tốt để tháo thanh khoan. Việc đập hoặc dùng kẹp ống sẽ làm hỏng bề mặt đã cứng. Những cạm bẫy có thể gây ra gãy xương do mệt mỏi. Sử dụng một thước đo đặc biệt để đo độ mòn của ren trên ống bọc thanh và cần khoan. Khi độ mòn vượt quá giới hạn quy định thì phải loại bỏ.

Bảo quản Nếu muốn cất giữ sau khi sử dụng, nó phải được xử lý bằng chất chống gỉ và không được chất đống gần nước hoặc bụi. Ăn mòn là một vấn đề lớn ở các mỏ dưới lòng đất.