Cunoaștere tijă de foraj cu impact (tijă de foraj de extensie)

Atunci când selectează o tijă de foraj pentru un foraj cu impact, inginerii minieri se confruntă cu mulți factori care pot fi luați în considerare în mod cuprinzător, inclusiv diametrul tijei de foraj, forma secțiunii transversale, tipul de oțel de foraj și procesul de tratament termic. Selecția nu este afectată doar de condițiile tehnice, ci și de preferințele regionale și de oferta pieței. Există două tipuri de bază de tije de foraj produse în prezent: primul este cu un adaptor de tijă forjat, iar al doilea este cu filet la fiecare capăt. Primul este potrivit pentru capete de găurit integrale, conice sau filetate. Al doilea este utilizat în cazul unui adaptor de tijă, cum ar fi doar o tijă de foraj pentru un burghiu de tip șină sau o tijă de foraj pentru ansamblu tije conectată la un manșon de tijă filetat.

Tipuri de tije de foraj:

Oțelul de foraj tubular este laminat la cald dintr-o țagle cu un miez complet de metal rotund în secțiuni transversale rotunde sau hexagonale și lungimi diferite. Compoziția chimică a oțelului trebuie să fie bine selectată și controlată cu precizie pentru a se potrivi tipului de tijă de foraj necesar și metodei de tratament termic utilizat. După rulare la dimensiunea necesară, se întinde pentru a reduce diametrul și apoi se îndepărtează miezul metalic. Oțelul cu conținut ridicat de carbon care conține 1% carbon și 1% crom, cu cantități mici de mangan și molibden, are o rezistență puternică la oboseală și poate fi tratat termic și sudat local. Acestea sunt utilizate pentru fabricarea tijelor de foraj cu adaptoare pentru tije, inclusiv tije de foraj integrale. Procesul de călire de înaltă frecvență implică încălzirea rapidă a piesei de prelucrat la 900°C și apoi răcirea rapidă a acesteia în apă. Aceasta modifică structura metalică și provoacă, de asemenea, tensiuni de compresiune în stratul de suprafață. Metoda de înaltă frecvență poate fi utilizată pentru tratarea termică locală a conului, adaptorului de tijă și filetului, făcând tija de foraj flexibilă și capabilă să reziste la îndoiri mari și la manevrare brutală. Sablarea este un proces de întărire prin lucru la rece care îndepărtează defectele de suprafață și prelungește durata de viață. Oțelurile cu carbon scăzut și mediu care conțin 0,2-0,27% carbon, 2-3% crom sau nichel și mangan sau molibden sunt folosite pentru a face tije adaptoare, cozi adaptoare, manșoane adaptoare și corpuri de burghie. Ele sunt în general complet carburate. În timpul carburării, un mănunchi de 200-300 de tije de foraj este suspendat într-o cușcă și tratat într-o atmosferă bogată în carbon la 925°C într-un cuptor cu groapă timp de aproximativ 6 ore. Datorită carburării, compoziția chimică de bază și proprietățile stratului exterior se modifică, determinând creșterea volumului și stresul de compresiune. Acest proces are loc pe întreaga suprafață, inclusiv găurile interne de spălare, îmbunătățind durabilitatea, rezistența la oboseală, duritatea și rigiditatea tijei de foraj, precum și rezistența la uzură și la coroziune. În cazul forajului umed, este în mod natural important să se îmbunătățească rezistența la uzură și la coroziune pentru a proteja găurile de spălare. Se raportează că aproximativ 95% dintre piesele adaptoarelor utilizate pentru forajul umed subteran sunt carburate ca întreg, inclusiv manșonul adaptorului și filetele burghiului. Când acest tip de oțel este parțial carburat, este dificil să se efectueze recoacerea locală deoarece se vor forma zone "annealing". Este un proces dificil din punct de vedere tehnic să sudezi foi de carbură în oțel carburat pentru a face o tijă de foraj integrală, dar unii producători au reușit. Tijele de foraj integrale de mare rezistență pe care le produc sunt utilizate în foraje de rocă de mare putere pentru forarea mecanizată a rocii. Se raportează că durata lor de viață este de trei ori mai mare decât oțelul cu conținut ridicat de carbon, cum ar fi 900 de metri față de 300 de metri. Un alt oțel aliat cu conținut scăzut de carbon are o prelucrabilitate deosebit de bună. Conține nichel și crom. În general, acest oțel este și carburat ca întreg. Oțelul cu carbon mediu (0,42%) carbon crom-nichel este folosit de unele fabrici pentru a face lungi,tije de foraj integrale pentru sarcini grele. Suprafața exterioară și orificiile de spălare pot fi fosfatate pentru a preveni rugina. Ceara de protecție poate fi aplicată și în timpul depozitării. Coroziunea și rugina pot cauza fisuri de oboseală prematură. Când găuriți roci dure abrazive cu burghie pentru rocă umedă, sunt în general preferate tijele de foraj complet carburate. Cu toate acestea, atunci când forați în trepte deschise cu îmbinări sau formațiuni de rocă sparte, tija de foraj este în pericol de îndoire severă, iar tija de foraj carburată poate fi spartă. Tijele de foraj pentru călire de înaltă frecvență se pot adapta mai bine acestei situații. Deoarece tija de foraj călită de înaltă frecvență are o duritate mai mare, nu este ușor deteriorată de un impact accidental sau intenționat. În același timp, nu este ușor să slăbiți firul din cauza forței de propulsie insuficiente, provocând încălzire locală și deteriorare. Suflarea aerului comprimat poate provoca, de asemenea, încălzire locală și eroziunea suprafeței. Tijele de foraj călite de înaltă frecvență nu sunt predispuse la acest fenomen, dar uzura filetului este predispusă să apară. Tije de foraj cu adaptoare de tijă Când gaura de sablare este foarte mică, de exemplu, sub 6 metri, sau pe măsură ce gaura de sablare se adâncește, se folosește un grup de tije de foraj de lungimi diferite sau un singur burghiu egal cu adâncimea de sablare - gaura este utilizată pe scară largă. Acest tip de tijă de foraj este forjată cu un adaptor de tijă. Capul de foraj este fie integrat cu tija de foraj, fie un cap de foraj mobil conectat printr-un con sau filet. Tija de foraj cu adaptor de tijă este realizată din oțel de foraj hexagonal cu dimensiuni opuse laturi de 19 mm, 22 mm sau 25 mm și este utilizată pentru foraje de rocă de mână, foraje de rocă cu picior pneumatic și vehicule de foraj mecanizat pentru găuri în fețele de lucru sau rocă. șuruburi. După cum s-a menționat mai sus, acest tip de tijă de foraj este în general realizat din oțel aliat cu conținut ridicat de crom. Acest oțel aliat poate rezista la îndoire fără rupere sau deformare permanentă. Capătul adaptorului de tijă (dacă tija de foraj nu este complet carburată) este stins separat pentru a rezista solicitărilor de impact cauzate de piston și cuplul de rotație. Dacă capul de foraj este conectat printr-un con, acesta poate fi, de asemenea, tratat termic separat. Structura integrală a tijei de foraj este de a face ca durata de viață totală la uzură a carburii de tungsten să fie echivalentă cu durata de viață la oboseală a tijei de foraj. Cu toate acestea, în rocile foarte abrazive, această abordare nu este practică și este mai bine să folosiți un cap de foraj mobil. Forajul mecanizat de rocă cu tăieturi de spălare cu apă la presiune înaltă ar trebui să fie echipat cu o etanșare adaptor de tijă pentru a preveni intrarea apei de spălare în foraj de rocă, deoarece pentru forajele pneumatice pentru rocă, această situație poate afecta lubrifierea și poate provoca gheață. Cel puțin un producător oferă o tijă de găurit integrală cu un cap de găurit cu dinte bilă în loc de un cap de găurit cu fante. În roci sparte sau fracturate, este potrivit să se folosească o tijă de foraj integrală cu un cap de foraj transversal deoarece există riscul de blocare la foraj în aceste roci. Cu toate acestea, capul de găurit cu fante are avantajul remarcabil de a fi ușor de ascuțit.

Conectarea adaptorului de tijă:

 Când forați găuri adânci cu o tijă, coada tijei este introdusă în manșonul adaptor de tijă al forajului de rocă, iar manșonul tijei este conectat la prima tijă de foraj din grupul de tije de foraj. Deoarece producătorii de foraj de rocă produc burghie cu diferite structuri de manșoane de foraj, există multe tipuri de cozi de tijă. Cea mai simplă este coada hexagonală cu umăr, iar celelalte variază ca complexitate, cu șefuri sau spline. Coada tijei trebuie să transmită tijei de foraj energia de impact, cuplul de rotație și forța de propulsie, iar fața sa din spate, filetul și canelul sau umărul trebuie să aibă rezistență mare la uzură. Unda de șoc generată de piston se propagă cu viteza sunetului în oțel (aproximativ 5000 m/s) și o frecvență de 60 de ori/s. La îmbinarea filetată va apărea o mică deplasare, iar uzura cauzată trebuie redusă la minimum de oțel rezistent la uzură. Oțelul rezistent la uzură folosit trebuie să aibă caracteristicile de a deveni casant, dar să nu piardă rezistența la oboseală. Cel mai potrivit oțel este oțelul crom cu conținut scăzut de carbon sau oțelul nichel-crom, iar tratamentul termic utilizat în mod obișnuit este carburarea completă. Atunci când forați găuri de mică adâncime, este mai bine să conectați un burghiu de tip șină și un burghiu activ la coada tijei adaptoare decât să utilizați o singură tijă de foraj cu un adaptor cu tijă, mai ales când forați găuri cu diametru mare în rocă tare și folosiți găuri înalte. -forinatoare de roca motorizate. Această metodă permite ca coada tijei adaptorului, manșonul adaptorului, tija de foraj și burghiul să fie înlocuite atunci când este necesar. Cu toate acestea, deoarece manșonul adaptor trece printr-un suport de burghiu deschis, există un dezavantaj că lungimea de împingere se pierde egală cu lungimea cozii tijei adaptorului. Când găuriți în jos, prima tijă de foraj trebuie deconectată de la adaptorul pentru tijă înainte de a adăuga adaptorul. Când utilizați un manșon adaptor, acesta se poate desprinde, așa că uneori este de preferat să folosiți un adaptor cu tijă cu filet interior. Cu excepția cazului în care sunt utilizate toate filetele mame, manșonul adaptor trebuie conectat la capătul inferior al tijei de foraj. În comparație cu utilizarea unui manșon adaptor, se formează o conexiune mai rigidă între adaptorul pentru tijă și prima tijă de foraj. Dacă în adaptorul tijei sunt cauzate tensiuni mari de încovoiere din cauza deflexiunii găurii de sablare, este mai probabil ca conexiunea rigidă să fie deteriorată. Există o secțiune de tranziție "slender" între coada burghiului și partea filetată, despre care se spune că face burghiul elastic și capabil să reziste la solicitarea de încovoiere. Mediul de spălare (apă sau aer comprimat) intră în gaura de sablare prin acul de apă al perforatorului de rocă sau printr-un dispozitiv rotativ independent. Când se folosește apă la presiune înaltă (mai mult de 8 bari) pentru spălare, trebuie utilizat un dispozitiv rotativ independent. Mașinile de găurit hidraulice moderne au un sistem de spălare integrat la capătul manșonului burghiului.

Tije de foraj:

Tijele de foraj pentru găuri adânci sunt fabricate din oțel crom-molibden care conțin 2~3% crom sau nichel și pot fi hexagonale sau rotunde. Diametrul corpului tijei și partea filetată a tijei de foraj cu secțiune mare este același, în timp ce diametrul capătului filetat al tijei ușoare de foraj este mai mare. Deși tija de foraj mai ușoară prezintă riscul de deviere a găurii din cauza rigidității reduse, este mai convenabil să folosiți tije ușoare de foraj atunci când găuriți în sus. Tijele ușoare de foraj necesită procese complexe de forjare, iar cementarea este metoda de bază pentru a obține o rezistență mai mare la oboseală. Tijele rotunde de foraj cu un diametru mai mare de 32 mm sunt folosite pentru găurirea adânci pe vehiculele de foraj grele. La conectarea și descărcarea tijelor de foraj grele pentru găuri adânci, utilizați dispozitive auxiliare eficiente pentru a mecaniza conectarea și descărcarea tijelor de foraj.

fire:

Filetul "R" are un unghi constant al filetului de 20° și un pas constant de 0,5 inci măsurat de la axa tijei de foraj. Este folosit pentru tije de foraj de dimensiuni mici, cu diametre de la 22 mm la 28 mm. Pentru burghie de mare putere, este posibilă strângerea excesivă a filetului "R", iar gradul de strângere depinde de energia de impact, de cuplul de rotație și de rezistența creată de rocă și de forță. În comparație cu filetul "R", firul "T" are un unghi de filet mai mare și pasul său crește odată cu creșterea diametrului. Are caracteristicile de etanșeitate echilibrată și este utilizat pentru tije de foraj cu diametre de 38mm și 45mm. Filetul "C" este potrivit pentru echipamente mai mari, cum ar fi tije de foraj cu diametre de 51 mm sau 57 mm. Are un filet cu pornire dublă și unghiul profilului filetului este similar cu cel al filetului "T". Profilul filetului "Hi-Leed" este în formă de dinte de ferăstrău, iar performanța sa de conectare și dezasamblare este între firele "R" și "T". Se foloseste pentru tije de foraj cu diametre intre 25mm si 57mm, iar unghiul sau filet este intre firele "R" si "T". Când forarea rocii este mai ușoară, partea filetată de pe biela poate fi făcută de două ori mai lungă, astfel încât atunci când prima secțiune a firului este uzată, aceasta poate fi tăiată, dar trebuie acordată o atenție deosebită la tăiere pentru a evita localul. încălzirea și revenirea tijei de foraj. În unele cazuri, tija de foraj și-a atins durata de viață la oboseală după uzura filetului. Alegerea filetului cu un singur capăt sau cu capăt dublu este determinată de inspecția și încercarea stării de foraj și a stâncii. pentru a determina, dar împingerea este un parametru important. Ingersoll-Rand realizează un fir special care este filetat pe toată lungimea tijei, astfel încât atunci când un capăt este uzat, acesta poate fi tăiat și apoi teșit și reutilizat. Se spune că are o durată de viață de cinci ori mai mare decât cea a unei tije filetate doar la capăt. Firele sunt laminate, ceea ce le conferă o rezistență ridicată la forfecare, iar suprafața este călită pentru duritate și rezistență la uzură. Se folosește un unghi de spirală destul de abrupt, astfel încât acestea să poată fi slăbite cu un cuplu minim. Disponibil în 32mm, 38mm și 44mm.

Îmbunătățiri la tijele de foraj:

Noua generație de burghie cu percuție, în special cele alimentate cu energie hidraulică, sunt capabile să concureze cu succes cu burghiile rotative și în adâncime în multe aspecte ale forajului în cariera deschisă. Aceste progrese au avut loc în paralel cu îmbunătățirile aduse tijelor de foraj și burghiilor. Pe măsură ce viteza de găurire crește, tijele de foraj trebuie să fie mai rezistente și, de obicei, mai grele. Evident, dispozitivele de manipulare și controlul automat al tijelor de foraj grele sunt echipamente auxiliare importante și necesare. Durata de viață a tijelor de foraj este afectată în principal de amplitudinea undei de stres, astfel încât undele lungi de stres cu amplitudine mică și distribuție uniformă sunt cele mai favorabile. Forajele hidraulice cu percuție pentru rocă produc astfel de valuri. Pistoanele lor sunt mici și lungi în diametru în comparație cu pistoanele scurte și groase ale perforatoarelor pneumatice. Se estimează că o reducere de 15% a costurilor consumului de tije de foraj este posibilă prin utilizarea mașinii de găurit hidraulice. Alți factori favorabili sunt că puterea perforatorului de rocă poate fi ajustată relativ ușor în funcție de potrivirea vitezei de foraj și a costului tijei de foraj. În plus, utilizarea dispozitivelor automate de deschidere a ochilor și anti-blocare poate preveni sau cel puțin minimiza apariția blocajelor. Se estimează că investiția de bază reprezintă 25-30% din costul de forare a rocii, piesele de schimb și întreținerea reprezintă 22-33%, salariile reprezintă 12-25%, consumul de energie reprezintă 2-6%, iar tijele de foraj. iar burghiile reprezintă 20-22%. În cheltuielile menționate mai sus, există diferențe mari între mine. Cu toate acestea, dacă costul total al minereului de foraj în rocă este de 2 USD/tonă, costul tijelor de foraj și burghiilor este de 0,4 USD/tonă. Dacă rupturile de foraj apar adesea în timpul forării rocii, costurile și întârzierile vor crește. În minele mari, chiar și o mică economie a consumului de burghie și tije de foraj poate aduce beneficii considerabile. Pentru a minimiza costurile, este foarte important să discutați cu producătorul tijei de foraj pentru rocă și să selectați cu atenție tija de foraj în funcție de condițiile de producție și utilizare.

Întreținerea tijei de foraj:

Mașină de găurit: Asigurați-vă că manșonul de găurit este intact și că burghiul este ascuțit. Întoarceți tija și utilizați la rândul lor tijele din grupul de tije pentru a face firele din grupul de tije să se uzeze uniform. Utilizați manșonul tijei în funcție de durata de viață corespunzătoare a filetului tijei - un nou manșon al tijei este asortat cu o nouă tijă. Când găuriți uscat, curățați și lubrifiați filetele cu unsoare specială și utilizați numai tije drepte. Încălzirea tijei de foraj înainte de utilizare în condiții de vreme rece va prelungi durata de viață a acesteia. Găuriți cu atenție și utilizați 1/4~1/2 din puterea forajului pentru rocă atunci când forați. Dacă tija de foraj nu este aliniată, trebuie să fie reforată. Utilizați forța optimă. Împingerea excesivă va face ca tija de foraj să se îndoaie și să-și scurteze durata de viață și, de asemenea, poate bloca orificiul de purjare a capului de foraj și poate cauza uzura sau deteriorarea plăcii de carbură a capului de foraj; o forță insuficientă va provoca încălzirea conexiunii, deteriorarea conexiunii, uzura excesivă sau slăbirea plăcii de carbură a capului de foraj. Manșonul tijei "snaps" relativ la suportul de burghiu, ceea ce va deteriora manșonul tijei. Asigurați-vă că spălarea înseamnă că există întotdeauna suficientă apă de spălare pentru a îndepărta rapid așchiile de rocă. Fiți atenți când deconectați -- utilizați 1/4 din viteza de împingere atunci când deconectați pentru a preveni lipirea. Folosiți o cheie bună pentru a desface tija. Lovirea sau folosirea unei chei pentru țevi va deteriora suprafața întărită. Capcanele pot cauza fracturi de oboseală. Folosiți un calibre special pentru a măsura uzura firelor de pe manșonul de prelungire și tija. Când uzura depășește limita specificată, aceasta trebuie casată. Depozitare Dacă urmează să fie depozitat după utilizare, trebuie tratat cu un inhibitor de rugină și nu depozitat lângă apă sau praf. Coroziunea este o mare problemă în minele subterane.