Defecțiuni ale tijelor de foraj miniere: De ce firul dumneavoastră este la fel de bun ca cel mai slab fir al său

Un prieten de-al meu conduce o operațiune de oprire a minei la subsol în Australia. Anul trecut mi-a arătat jurnalul său de consum al prăjinilor - 320 de prăjini pe parcursul a șase luni, cam dublu față de cât ardea mina de alături. Aceeași rocă. Aceleași instalații. Diferența se reducea la un singur lucru: nimeni din echipa lui nu fusese învățat să citească tiparele de defecțiune.

„Pur și simplu le arunci când nu mai funcționează”, a spus el.

Și aceasta este problema. Tijele de foraj miniere — genul pe care le folosești în șiruri de zece, cincisprezece, uneori douăzeci pe o instalație de foraj frontal — nu cedează de obicei fără avertisment. Ele semnalează problema. Trebuie doar să știi ce vezi.

Spre deosebire de forajele jumbo pentru tuneluri, unde o singură tijă preia întreaga forță a ciocanului, tijele forajelor miniere împart sarcina pe o garnitură lungă. Acest lucru schimbă profilul de defectare. Unele moduri de defectare pe care le vedeți la forajele jumbo abia se înregistrează în minerit. Altele, cum ar fi uzura și îndoirea filetului intern, devin dominante deoarece garnitura amplifică defectele mici la fiecare cuplaj.

Iată cele cinci tipuri de defecțiuni care apar la platformele miniere, clasificate în funcție de frecvența cu care se produc efectiv în subteran.

1. Uzura filetului — Filetele interne sunt primele

Acesta este principalul factor de risc, și iată detaliul care îi surprinde pe oameni: pe prăjinile miniere,internFiletul (capătul cutiei) se uzează de obicei înaintea filetului exterior (capătul știftului).

Patru lucruri controlează cât de repede se uzează firele:

Calitatea tratamentului termic.Aceasta este problema importantă. Adâncimea carcasei, duritatea suprafeței și gradientul dintre carcasa dură și miezul mai dur determină cât timp filetele își mențin profilul. Microstructura ideală - martensită cu conținut ridicat de carbon la suprafață, bainită mai mică în miez, cu o zonă de tranziție largă și graduală între ele - nu este ușor de obținut. Lansetele ieftine omit nuanțele.

Finisajul și potrivirea filetului.Rugozitatea suprafeței de pe flancurile filetului acționează ca șmirghelul sub sarcină. Controlul strict al toleranței asupra geometriei filetului înseamnă că sarcina se distribuie pe mai multe fețe ale filetului în loc să se concentreze pe două sau trei.

Condițiile solului.Roca fracturată agață tijele. Deviația găurii supune sarcini de încovoiere cuplajelor. De fiecare dată când o tijă se blochează, filetul de la cel mai apropiat cuplaj este afectat.

Obiceiuri de întreținere.Aceasta este o problemă controlată de operator și complet remediabilă: utilizarea burghielor tocite crește deviația găurii, ceea ce accelerează uzura filetului. Amestecarea tijelor vechi cu unele noi în același grup - unde filetele uzate stau lângă unele noi - concentrează sarcina pe cuplajul cel mai strâns. Iar utilizarea tijelor de la furnizori diferiți, ale căror toleranțe de filetare pot să nu se potrivească, practic plătește pentru uzura accelerată.

Uzura filetului intern contează mai mult la garniturile de minerit, deoarece fiecare cuplaj tijă-tijă are un capăt tip cutie. Douăzeci de tije înseamnă nouăsprezece filete interne pe calea de încărcare. Dacă doar unul se defectează, întreaga garnitură începe să se auto-mange.

2. Fractura rădăcinii filetului extern — Limita de oboseală

Majoritatea tijelor se uzează înainte de a atinge limita de oboseală a filetului. Dar când o tijă continuă să funcționeze dincolo de durata sa de viață fără uzură vizibilă, următorul lucru care se defectează este de obicei rădăcina filetului exterior.

Rădăcina filetată este un concentrator natural de tensiune. Fiecare impact al ciocanului trimite o undă de tensiune prin coardă, iar la fiecare cuplare, unda se reflectă și se suprapune. Rădăcina filetată de la capătul știftului înregistrează un ciclu de tensiune de tracțiune maximă la fiecare lovitură.

Tratamentul termic determină pragul de oboseală. O bară cu tranziția bainită/martensită potrivită poate face față milioanelor de cicluri. Una cu un gradient accentuat de duritate sau cu decarburare superficială va fisura devreme.

Factorii operaționali o împing peste limită: blocarea frecventă a tijei, deviația găurilor și așchiile tocite adaugă solicitări de încovoiere pe lângă impactul axial. Ceea ce ar fi putut fi o fisură pură de oboseală se transformă într-o cedare prin solicitări combinate, iar tija se rupe mai repede decât ar fi prevăzut contorul.

3. Fractură prin subcutare a filetului intern

Fiecare filet interior are o adâncitură - canelura de relief de la baza secțiunii filetate. Este acolo prin design, dar este și cea mai subțire secțiune transversală din cuplaj.

Două lucruri fac ca degajarea să eșueze. Unu: filetul exterior al tijei de cuplare solicită acea zonă la fiecare lovitură și, fiind subțire, este supus unei solicitări mai mari. Doi: dacă suprafața exterioară a capătului cutiei se uzează subțire din cauza abraziunii exterioare, degajarea devine și mai slabă.

Soluția practică este să căutați lansete cu un design cu filet intern extins. O secțiune filetată mai lungă distribuie sarcina pe o suprafață mai mare a filetului, reducând tensiunea maximă la nivelul degajării. Este o simplă modificare a geometriei care face o diferență măsurabilă în durata de viață a corzilor.

4. Ruptura corpului tijei — semnalul de alarmă la controlul calității

Fracturile corpului sunt rare la prăjinile miniere. Când se întâmplă una izolată, este de obicei un defect de material - o incluziune în oțel, un defect de laminare, o fisură la manipulare care a devenit un inițiator de fisură.

Dar dacă vezi unlotÎn cazul fracturilor de corp, asta e diferit. Este o problemă de tratament termic. Fie călirea a fost neuniformă, fie revenirea a fost greșită, fie există o problemă sistematică cu gradul de oțel. Nu înlocuiți doar tijele rupte - luați mostre din lot și trimiteți-le pentru metalografie. Un lot de fracturi de corp vă spune ceva despre furnizorul dvs., nu despre operațiunea dvs.

5. Îndoirea tijelor — Amplificatorul cu coarde

Pe o sondă jumbo pentru săparea de tuneluri, o tijă ușor îndoită este enervantă. Pe o platformă minieră care folosește garnituri de 15 tije, este catastrofal.

O îndoire pe care abia ai observa-o la o singură tijă se înmulțește la fiecare cuplare. Până când ajungi la zece tije adâncime, firul se mișcă în interiorul găurii, uzând fiecare față a filetului, solicitând inegal fiecare cuplare și găurind o gaură care nu este dreaptă. Acea gaură strâmbă îndoaie apoi următorul fir și mai rău.

De aceea, liniaritatea și concentricitatea sunt parametri de calitate nenegociabili pentru barele metalice miniere. Un producător bun îndreaptă bara brută înainte de prelucrare, din nou după tratamentul termic (care provoacă întotdeauna o oarecare distorsiune) și verifică fiecare bară înainte de a o expedia. Depozitarea și transportul contează și ele - barele depozitate pe rafturi neuniforme sau expediate fără suport adecvat pot ajunge cu un set permanent înainte de a vedea vreodată o gaură.

Modelul care economisește bani

Iată ce am observat în toate operațiunile miniere care își urmăresc defecțiunile prăjinilor: cele cu cel mai mic cost pe metru forat nu sunt cele care cumpără cele mai scumpe prăjini. Ei sunt cei care se uită la fiecare prăjină defectă și întreabă: ddddhhCe încerca să-mi spună asta?

Uneori răspunsul este "cumpără lansete mai bune."Cel mai des, "ascuțe-ți biții mai des, " "nu mai amesteca furnizorii în același șir, " sau "instalația ta de tratare termică are o problemă cu consistența lotului."

Prăjitura se rupe. Prăjitura nu minte.