Burghie PDC pentru minerit: moduri comune de defecțiune și analiza cauzelor principale

În prezent, sapa PDC pentru extracție constă în principal din corpul sapei, inserțiile așchietoare PDC și aliajul de protecție a calibrului. Inserțiile așchietoare PDC și aliajul de protecție a calibrului sunt lipite pe corpul sapei. În timpul forajului normal, instalația transmite cuplul și presiunea de alimentare către sapă prin garnitura de foraj; inserțiile așchietoare PDC taie roca la baza găurii, în timp ce aliajul de protecție a calibrului protejează circumferențial corpul sapei pentru a preveni uzura rapidă. În timpul extracției în rocă, încărcarea pe frezele PDC la fața sapei este extrem de complexă. Variațiile în formare, metoda de construcție și selecția echipamentului, practica operatorului și controlul calității sapei pot afecta performanța și pot duce la diferite moduri de defecțiune. Pe baza investigațiilor de teren la siturile de foraj din mine de cărbune, sapa PDC pentru extracție defectă a fost rezumată și analizată; au fost identificate următoarele moduri tipice de defecțiune și cauze principale.

1.1 Defecțiuni ale plăcuțelor așchietoare PDC PDC este sinterizat la temperatură și presiune ridicată. Un compozit PDC cuprinde de obicei un strat de diamant și un substrat de carbură de tungsten (WC).

Principalele moduri de defectare ale plăcuțelor așchietoare PDC sunt uzura normală, pierderea plăcuței (smulgere), ciobirea și delaminarea.

(1) Uzură normală Uzura normală este degradarea așteptată a frezelor PDC în timpul tăierii rocilor. Apare ca o pierdere abrazivă macroscopică a stratului de diamant și a substratului WC; suprafața uzată nu prezintă urme distincte de fractură sau ciobire.

(2) Pierderea plăcuței (smulgere) Pierderea plăcuței apare atunci când o plăcuță PDC se desprinde complet de corpul burghiului, provocând defectarea burghiului. Semnul caracteristic este o separare completă a plăcuței de burghiu, locașul de lipire din corpul burghiului neprezentând aliaj rezidual.

Principalele cauze ale pierderii plăcuței:

• Temperatură excesivă la fundul găurii: atunci când se utilizează găurirea uscată sau căile de trecere a apei prin burghiu sunt blocate, rotația și tăierea la viteză mare generează căldură care nu poate fi eliminată, ceea ce duce la creșterea bruscă a temperaturii la fundul găurii. Dacă temperatura depășește temperatura critică a metalului de adaos pentru lipire, lipirea se topește și plăcuța cade.

• Controlul deficitar al procesului de lipire: curățarea inadecvată înainte de sudură, lipiri incomplete sau poroase, degazarea deficitară sau menținerea necorespunzătoare a temperaturii/timpului de menținere post-brazare pot duce la smulgerea plăcuței.

Contramăsuri:

• Producătorii trebuie să controleze cu strictețe procesele de producție, în special lipirea, pentru a asigura suduri complete și solide.

• La fața locului, adoptați forajul umed (spălare suficientă) în locul forajului uscat, acolo unde este posibil; în timpul forajului adânc, așteptați până când se stabilește fluxul de retur înainte de a adăuga țeava de foraj; verificați dacă pasajele de apă ale sapei sunt blocate înainte de a introduce sapa în gaură, pentru a evita supraîncălzirea localizată.

(3) Ciobirea (ruperea marginii) Ciobirea se referă la fracturarea și pierderea stratului de diamant PDC, adesea local; în cazuri grave, stratul de diamant se poate desprinde împreună cu porțiuni din substratul WC.

Principalele cauze ale ciobirii:

• Proprietățile materialului frezei: frezele alese pot avea o rezistență scăzută la impact sau o rezistență insuficientă la aderență între substratul WC și granulația diamantată, ceea ce le face predispuse la ciobire sub impact.

• Parametri operaționali: presiunea/greutatea excesivă de avans pe burghiu (WOB) la nivelul feței poate suprasolicita frezele dincolo de limitele lor de rezistență, provocând exfolierea și ciobirea stratului de diamant.

• Formare complexă: în formațiunile cu rupturi dure, sarcinile de impact pot depăși rezistența la impact a frezelor și pot provoca așchierea.

• Proiectarea frezei: un unghi de declivitate/tăiere inadecvat al frezei (de exemplu, un unghi de tăiere prea mic pentru formațiuni dure) crește încărcarea frezei și favorizează așchierea. Regula generală este că formațiunile mai dure necesită, în general, unghiuri de tăiere mai mari.

• Obstacole externe: întâlnirea elementelor de armare a rocii, cum ar fi șuruburile de acoperiș sau șuruburile de cablu în lucrările subterane, poate provoca ușor așchierea frezei.

Contramăsuri:

• Respectați parametrii de funcționare recomandați de producătorul burghiului.

• Selectați și proiectați biți adaptați la condițiile de formațiune: pentru formațiuni dure, măriți unghiul de degajare/tăiere al frezei pentru a reduce agresivitatea și a proteja frezele; pentru formațiuni dure fragmentate, alegeți freze PDC cu o tenacitate mai mare la impact sau modificați geometria externă a frezei pentru a îmbunătăți rezistența la impact (de exemplu, fețele convexo-curbate au o performanță mai bună la impact decât fețele plate în cadrul unor procese de fabricație comparabile).

• Planificați traiectoriile găurilor pentru a evita ancorele sau șuruburile cunoscute, acolo unde este posibil.

(4) Delaminare Delaminarea denotă separarea dintre stratul de diamant și substratul de oțel inoxidabil (WC) al compozitului PDC.

Cauza principală a delaminării: Tensiunile reziduale semnificative dintre stratul de diamant și substratul de WC, combinate cu diferența dintre coeficienții de dilatare termică, duc la o contracție nepotrivită sub încălzirea alternativă din frecare și răcire de către fluidul de foraj. Efectele combinate ale încărcării la impact și ale tensiunii reziduale pot determina desprinderea stratului de diamant de pe substrat.

Contramăsuri:

• În timpul fabricației, selectați materialele de lipire și parametrii de procesare adecvați pentru a minimiza tensiunea reziduală dintre stratul de diamant și substratul de WC.

• Optimizați geometria substrat-interfață (de exemplu, noi forme de interfață) pentru a îmbunătăți interblocarea mecanică și rezistența legăturii dintre stratul de diamant și substrat.

1.2 Defecțiuni ale corpului sapei Defecțiunile corpului sapei se prezintă în principal sub forma fracturilor aripilor sapei (lamelor sapei).

Fracturile aripioare apar mai ales la biții sinterizate/matriceale și sunt rare la biții cu corp de oțel.

Cauzele fracturii aripioare în biții matriceali:

• Impactul asupra aripilor saibei în timpul confecționării sau demontării: coroanele saibelor matriceale sunt adesea produse prin metalurgie a pulberilor și sunt sinterizate într-o singură bucată. Comparativ cu saibele standard cu corp de oțel, saibele matriceale sinterizate au o rezistență mai mare la uzură, dar o tenacitate mai mică; lovirea aripilor saibei în timpul îndepărtării poate provoca cu ușurință fracturarea aripilor.

• Controlul deficitar al procesului de sinterizare: sinterizarea incompletă sau incluziunile (insule de pulbere nesinterizate) înseamnă că pulberea nu s-a consolidat complet într-o matrice omogenă.

Contramăsuri:

• În timpul operațiunilor de montare și demontare, operatorii trebuie să utilizeze unelte adecvate (de exemplu, clești pentru țevi sau chei fixe) pentru a ajuta și a evita lovirea cu ciocanul în aripioarele sapei.

• Producătorii trebuie să controleze cu strictețe calitatea sinterizării: să controleze cu strictețe procesul de sinterizare și să efectueze verificări periodice ale materiei prime din pulberea metalică pentru a se asigura că aceasta îndeplinește specificațiile procesului.