مثقاب بي دي سي للتعدين: أنماط الفشل الشائعة وتحليل السبب الجذري
تتكون رؤوس مثقاب بي دي سي المستخدمة في التعدين حاليًا بشكل أساسي من جسم الرأس، وحشوات قطع بي دي سي، وسبائك حماية القياس. تُلحم حشوات قطع بي دي سي وسبائك حماية القياس على جسم الرأس. أثناء الحفر العادي، ينقل جهاز الحفر عزم الدوران وضغط التغذية إلى الرأس عبر سلسلة الحفر؛ تقطع حشوات قطع بي دي سي الصخور في قاع الحفرة، بينما تحمي سبيكة حماية القياس جسم الرأس محيطيًا لمنع التآكل السريع. أثناء قطع الصخور، يكون التحميل على قواطع بي دي سي عند وجه الرأس معقدًا للغاية. يمكن أن تؤثر الاختلافات في التكوين، وطريقة البناء، واختيار المعدات، وممارسة المشغل، ومراقبة جودة الرأس على الأداء وتؤدي إلى أنماط فشل مختلفة. بناءً على التحقيقات الميدانية في مواقع حفر مناجم الفحم، تم تلخيص وتحليل رؤوس مثقاب بي دي سي المستخدمة في التعدين المعطلة؛ وتم تحديد أنماط الفشل النموذجية التالية وأسبابها الرئيسية.
١.١ أعطال قطع وإدخال بي دي سي: يُلبَّد بي دي سي تحت درجة حرارة وضغط عاليين. يتكون مركب بي دي سي عادةً من طبقة ماسية وركيزة من كربيد التنغستن (مرحاض).
الأوضاع الأساسية لفشل قطع بي دي سي هي التآكل الطبيعي، وفقدان القطع (السحب)، والتقطيع، والتقشير.
(١) التآكل الطبيعي: التآكل الطبيعي هو التدهور المتوقع لقواطع بي دي سي أثناء قطع الصخور. يظهر على شكل فقدان كاشط عياني لطبقة الماس وركيزة مرحاض؛ ولا يُظهر السطح المتآكل أي علامات كسر أو تشقق واضحة.
(٢) فقدان الإدخال (الانسحاب): يحدث فقدان الإدخال عندما ينفصل إدخال بي دي سي تمامًا عن جسم المِثقب، مما يتسبب في عطله. العلامة المميزة هي انفصال الإدخال تمامًا عن المِثقب، مع عدم وجود أي سبيكة متبقية في جيب اللحام في جسم المِثقب.
الأسباب الرئيسية لفقدان الإدخال:
ارتفاع درجة حرارة قاع البئر بشكل مفرط: عند استخدام الحفر الجاف أو انسداد ممرات الماء في المثقاب، تُولّد السرعة العالية في الدوران والقطع حرارة لا يمكن إزالتها، مما يؤدي إلى ارتفاع حاد في درجة حرارة قاع البئر. إذا تجاوزت درجة الحرارة الحد الحرج لمعدن حشو اللحام، يذوب اللحام ويسقط الحشو.
ضعف التحكم في عملية اللحام: التنظيف غير الكافي قبل اللحام، أو اللحام غير المكتمل أو المسامي، أو إزالة الغازات بشكل سيئ، أو درجة الحرارة/الوقت غير المناسبين بعد اللحام، كل هذا يمكن أن يؤدي إلى سحب الإدخال.
التدابير المضادة:
يجب على الشركات المصنعة التحكم بشكل صارم في عمليات الإنتاج، وخاصة اللحام، لضمان اللحامات الكاملة والسليمة.
في الموقع، اعتمد الحفر الرطب (التنظيف الكافي) بدلاً من الحفر الجاف عندما يكون ذلك ممكنًا؛ أثناء الحفر العميق انتظر حتى يتم إنشاء تدفق العودة قبل إضافة أنبوب الحفر؛ تحقق من ممرات المياه في المثقاب بحثًا عن أي انسداد قبل تشغيل المثقاب في الحفرة لتجنب ارتفاع درجة الحرارة الموضعي.
(3) التقطيع (كسر الحافة) يشير التقطيع إلى كسر وفقدان طبقة الماس بي دي سي، غالبًا محليًا؛ في الحالات الشديدة قد تنكسر طبقة الماس مع أجزاء من ركيزة مرحاض.
الأسباب الرئيسية للتقطيع:
خصائص مادة القاطع: قد يكون للقواطع المختارة مقاومة منخفضة للتأثير أو قوة ربط غير كافية بين ركيزة مرحاض وحبيبات الماس، مما يجعلها عرضة للتقطيع تحت تأثير الصدمات.
المعلمات التشغيلية: يمكن أن يؤدي ضغط التغذية الزائد/الوزن الزائد على القطعة (ووب) عند الوجه إلى زيادة تحميل القواطع بما يتجاوز حدود قوتها، مما يتسبب في تقشر طبقة الماس وتقطيعها.
التكوين المعقد: في التكوينات المكسورة بشدة، يمكن أن تتجاوز أحمال التأثير قوة تحمل القواطع وتتسبب في التقطيع.
تصميم المِثقاب: زاوية القطع/مِشط القاطع غير المناسبة (مثل زاوية قطع صغيرة جدًا للتشكيلات الصلبة) تزيد من تحميل القاطع وتزيد من التقطيع. القاعدة العامة هي أن التشكيلات الصلبة تتطلب عادةً زوايا قطع أكبر.
العوائق الخارجية: إن مواجهة عناصر تعزيز الصخور مثل مسامير السقف أو مسامير الكابلات في الأعمال تحت الأرض يمكن أن تتسبب بسهولة في تقطيع القاطع.
التدابير المضادة:
الالتزام بمعايير التشغيل الموصى بها من قبل الشركة المصنعة للبت.
اختر وصمم قطعًا تستهدف ظروف التكوين: بالنسبة للتكوينات الصلبة، قم بزيادة زاوية أشعل القاطع/القطع لتقليل العدوانية وحماية القواطع؛ بالنسبة للتكوينات المجزأة الصلبة، اختر قواطع بي دي سي ذات صلابة أعلى في مقاومة الصدمات أو قم بتغيير الهندسة الخارجية للقاطع لتحسين مقاومة الصدمات (على سبيل المثال، تتمتع الوجوه المنحنية المحدبة بأداء صدمات أفضل من الوجوه المسطحة في ظل عمليات تصنيع مماثلة).
قم بالتخطيط لمسارات الحفر لتجنب المراسي أو البراغي المعروفة عندما يكون ذلك ممكنًا.
(4) التقشر يشير التقشر إلى الانفصال بين طبقة الماس وركيزة مرحاض لمركب بي دي سي.
السبب الرئيسي للانفصال: الإجهادات المتبقية الكبيرة بين طبقة الماس وركيزة مرحاض، بالإضافة إلى اختلاف معاملات التمدد الحراري، تؤدي إلى انكماش غير متناسب تحت تأثير التسخين المتناوب الناتج عن الاحتكاك والتبريد بواسطة سائل الحفر. يمكن أن تؤدي التأثيرات المشتركة لحمل الصدمة والإجهاد المتبقي إلى تقشير طبقة الماس من الركيزة.
التدابير المضادة:
أثناء التصنيع، قم باختيار مواد الترابط المناسبة ومعلمات المعالجة لتقليل الإجهاد المتبقي بين طبقة الماس وركيزة مرحاض.
تحسين هندسة الركيزة والواجهة (على سبيل المثال، أشكال جديدة للواجهة) لتحسين التشابك الميكانيكي وقوة الترابط بين طبقة الماس والركيزة.
1.2 فشل جسم البت تظهر فشل جسم البت بشكل أساسي على شكل كسر في أجنحة البت (شفرات البت).
تحدث كسور الجناح غالبًا في القطع المتكلسة/المصفوفة وتكون نادرة في القطع ذات الجسم الفولاذي.
أسباب كسر الجناح في بتات المصفوفة:
التأثير على أجنحة اللقم أثناء التركيب أو الكسر: غالبًا ما تُصنع تيجان اللقم المصفوفية باستخدام مسحوق المعادن، وتُلبَّد كقطعة واحدة. مقارنةً بلقمات الهيكل الفولاذي القياسية، تتميز لقم المصفوفة الملبدة بمقاومة تآكل أعلى ومتانة أقل؛ إذ قد يؤدي اصطدامها بأجنحة اللقم أثناء إزالتها إلى كسرها بسهولة.
ضعف التحكم في عملية التلبيد: التلبيد غير المكتمل أو الشوائب (جزر المسحوق غير الملبدة) يعني أن المسحوق لم يتماسك بشكل كامل في مصفوفة متجانسة.
التدابير المضادة:
أثناء عملية التركيب والتفكيك، يجب على المشغلين استخدام الأدوات المناسبة (على سبيل المثال، ملقط الأنابيب أو المفاتيح) للمساعدة في تجنب الطرق على أجنحة القطع.
يتعين على الشركات المصنعة التحكم بشكل صارم في جودة التلبيد: التحكم بشكل صارم في عملية التلبيد وإجراء فحوصات دورية على المواد الخام لمسحوق المعدن للتأكد من أنها تلبي مواصفات العملية.
