Introduktion av slagborrstång

När man väljer en borrstång för en slagborrmaskin står gruvingenjörer inför många faktorer att ta hänsyn till, inklusive stångdiameter, tvärsnittsform, typ av borrstål och värmebehandlingsprocess. Urvalet påverkas inte bara av tekniska förutsättningar, utan också av regionala preferenser och marknadstillgänglighet.

Det finns två grundläggande typer av borrstänger som tillverkas för närvarande: den första är med en smidd borrspets och den andra är med gängor i varje ände. Den första är lämplig för integrerade, koniska eller gängade borrhuvuden. Den andra används i fallet med en borrspets, såsom en enkel borrstång för en bergborr av rälstyp, eller en borrstång för stångsammansättning ansluten till en gängad stånghylsa.

Borrståltyper

Ihåligt borrstål varmvalsas från ett stålämne med en rund central helmetallkärna till ett runt eller hexagonalt tvärsnitt och olika längder. Stålets kemiska sammansättning måste vara väl vald och noggrant kontrollerad för att göra det lämpligt för den typ av borrstång som krävs och den använda värmebehandlingsmetoden. Efter rullning till önskad storlek sträcks den för att minska diametern och sedan tas metallkärnan bort.

Stål med hög kolhalt innehållande 1 % kol och 1 % krom, och en liten mängd mangan och molybden, har stark utmattningsbeständighet och kan värmebehandlas och svetsas lokalt. De används för att göra borrstänger med borrsvansar, inklusive integrerade borrstänger.

Den högfrekventa härdprocessen innebär att arbetsstycket snabbt värms upp till 900°C och sedan snabbt kyls ned i vatten. Detta förändrar metallstrukturen och orsakar även tryckspänning på ytan. Högfrekvensmetoden kan användas för att lokalt värmebehandla konen, borrspetsen och gängan, vilket gör borrstången flexibel och klarar stora böjningar och tuffa operationer. Sandblästring är en kallbearbetningshärdningsprocess som tar bort ytdefekter och förlänger livslängden.

Låg- och medelkolstål som innehåller 0,2~0,27% kol, 2~3% krom eller nickel och mangan eller molybden används för att tillverka förlängningsstänger, förlängningsstångsändar, förlängningsstångshylsor och borrkroppar. De är i allmänhet helt uppkolade. Under uppkolningen hängs ett knippe med 200~300 borrstänger i en bur och behandlas i en kolrik atmosfär vid 925°C i en gropugn i cirka 6 timmar. På grund av uppkolning förändras den grundläggande kemiska sammansättningen och egenskaperna hos det yttre lagret, vilket orsakar volymökning och tryckspänning. Denna process sker över hela ytan, inklusive de interna spolhålen, vilket förbättrar hållbarheten, utmattningshållfastheten, hårdheten och styvheten hos borrstången, såväl som dess slitage- och korrosionsbeständighet. Vid våtborrning är det naturligtvis viktigt att förbättra slitage- och korrosionsbeständigheten för att skydda spolhålen. Det rapporteras att cirka 95 % av vevstångsdelarna som används för våtborrning i underjordiska brunnar är uppkolade som en helhet, inklusive vevstångshylsan och borrkronans gänga. När denna typ av stål är delvis uppkolad är det svårt att utföra lokal glödgning pga"glödgning"zoner kommer att bildas.

Det är en tekniskt svår process att svetsa hårdmetallplåt i uppkolat stål för att göra integralborrar, men vissa tillverkare har nått framgång. De kraftiga inbyggda borrstängerna de producerar används i bergborrmaskiner med hög effekt för mekaniserad bergborrning. Det rapporteras att deras livslängd är tre gånger så lång som för högkolhaltigt stål, till exempel 900 meter mot 300 meter.

Ett annat lågkollegerat stål har särskilt god bearbetbarhet. Den innehåller nickel och krom. I allmänhet är detta stål också uppkolat som en helhet. Medelstort kol (0,42 %) kol krom-nickel stål används av vissa fabriker för att göra långa, kraftiga integrerade borrstänger.

Ytterytan och spolhålen kan fosfateras för att förhindra rost. En skyddande vaxbeläggning kan även appliceras under förvaring. Korrosion och rost kan orsaka för tidiga utmattningssprickor.

Vid borrning av abrasivt hårt berg med en våt bergborr är i allmänhet helt uppkolade borrstänger att föredra. Vid bergborrning på dagbrottssteg med skarvar eller trasiga bergformationer riskerar dock borrstången att böjas allvarligt, och den uppkolade borrstången kan gå sönder. Högfrekventa härdborrstavar kan bättre anpassa sig till denna situation. Eftersom högfrekventa härdborrstavar har större seghet, skadas de inte lätt av stötar orsakade av oavsiktliga eller avsiktliga stötar, och de skadas inte heller lätt av lösa gängor orsakade av otillräcklig framdrivningskraft, vilket orsakar lokal uppvärmning och skada. Tryckluftsrening kan också orsaka lokal uppvärmning och yterosion. Högfrekventa härdborrstavar är inte utsatta för detta fenomen, men de är benägna att slita gängan.

När borrhålet är grunt, säg under 6 meter, eller när borrhålet blir djupare, används en uppsättning borrstavar av olika längd, eller så används en enda borr som är lika med borrhålets djup, vilket används mycket idag. Denna typ av borrstång är smidd med en borrsvans. Borrhuvudet är antingen integrerat med borrstången eller ett rörligt borrhuvud förbundet med en kon eller gänga. Borrstänger med borrspets är gjorda av sexkantigt borrstål med motsatta sidomått på 19 mm, 22 mm eller 25 mm och används för handhållna bergborrar, luft-bens bergborrar och mekaniserade borrfordon för att borra hål i arbetsytor eller berg bultar. Som nämnts ovan är denna typ av borrstång i allmänhet gjord av kromhaltigt legerat stål med hög kolhalt. Detta legerade stål tål böjning utan att gå sönder eller permanent deformeras.

Änden av borrspetsen (om borrstången inte är helt uppkolad) härdas separat för att motstå slagpåkänningarna som orsakas av kolven och det roterande vridmomentet. Om borrhuvudet är sammankopplat med en kon kan det även värmebehandlas separat. Den övergripande borrstångsstrukturen bör göra volframkarbidens totala slitagelivslängd lika med borrstångens utmattningslivslängd. Detta tillvägagångssätt är emellertid orealistiskt i mycket nötande bergarter, och det är bättre att använda ett levande borrhuvud.

För mekaniserad bergborrning som använder högtrycksvatten för att spola bergskär, bör borrstången vara försedd med en borrändtätning för att förhindra att spolvattnet kommer in i bergborren, eftersom för pneumatiska bergborrar kan denna situation påverka smörjningen och orsaka is.

Åtminstone en tillverkare tillhandahåller en övergripande borrstång med ett kultandsborrhuvud istället för ett slitsat borrhuvud. En övergripande borrstång med tvärborrhuvud är lämplig för brutna eller spruckna stenar, eftersom det finns risk för att borrkronan kläms vid borrning i dessa stenar. Ändå har det slitsade borrhuvudet den enastående fördelen att det är lätt att slipa.

Anslutningsborrsvans

Vid användning av en vevstång för att borra djupa hål, sätts vevstångsborrspetsen in i borrstångshylsan på bergborren och vevstångshylsan ansluts till den första borrstången i borrstångsgruppen. Eftersom bergborrmaskinerna som tillverkas av bergborrtillverkaren har borrhylsor av olika strukturer, finns det många typer av vevstångsborrspetsar. Det enklaste är det sexkantiga axelskaftet, andra varierar i komplexitet, med bossar eller splines.

Skaftet måste överföra slagenergin, vridmomentet och dragkraften till borrstången, och dess baksida, gängor och splines eller skaft måste ha hög slitstyrka. Stötvågen som genereras av kolven fortplantar sig med ljudhastigheten i stål (ca 5000 m/s) och en frekvens på 60 gånger/s. Små förskjutningar förekommer vid den gängade anslutningen och slitaget måste minimeras av slitstarkt stål, som har egenskaperna att bli spröda men inte förlora utmattningshållfastheten. Det lämpligaste stålet är kromstål med låg kolhalt eller nickel-kromstål, och den vanliga värmebehandlingen är full uppkolning.

Vid borrning av grunda hål är det bättre att ansluta en skaftborr och en levande borrkrona för en bergborr av rälstyp efter skaftet än att använda ett enda skaft med ett skaft, speciellt när man borrar spränghål med stor diameter i hårt berg och använder bergborrar med hög effekt. Denna metod tillåter byte av adapter, adapterhylsa, borrstång och borrhuvud vid behov. Men eftersom adapterhylsan går genom en öppen borrhållare finns det en nackdel att förlängningslängden går förlorad, vilket motsvarar adapterns längd.

Vid borrning av ett spränghål måste den första delen av borrstången kopplas bort från adaptern innan adaptern läggs till. Med adapterhylsan är det möjligt att den faller av, därför är det ibland att föredra att använda en adapter med invändiga gängor. Om inte alla invändiga gängor används är adapterhylsan ansluten till den nedre änden av borrstången. Jämfört med användningen av adapterhylsan bildas en styvare förbindelse mellan borradaptern och den första borrstången. Om stora böjspänningar orsakas i borradaptern på grund av spränghålsavböjningen är det mer sannolikt att den stela anslutningen skadas.

Det finns en"smal"övergångssektion mellan borradapterns ände och den gängade delen, vilket sägs göra borradaptern elastisk och tål böjpåkänningar.

Spolmediet (vatten eller tryckluft) kommer in i spränghålet genom bergborrens vattennål eller en oberoende roterande anordning. Vid spolning med högtrycksvatten (mer än 8 bar) måste en oberoende roterande anordning användas. Moderna hydrauliska bergborrar har ett integrerat rensningssystem i änden av borrstjärthylsan.

Vevstakar

Djupt håls bergborrstavar är gjorda av krom-molybdenstål innehållande 2-3 % krom eller nickel och kan vara sexkantiga eller runda. Diametern på stångkroppen och den gängade delen av den stora borrstången är densamma, medan diametern på den gängade änden av den lätta borrstången är större. Även om den lättare borrstången har risk för att spränghålet deformeras på grund av den minskade styvheten, är det bekvämare att använda lätta borrstänger när man borrar uppåt. Lätta borrstänger kräver komplexa smidesprocesser, och uppkolning är den grundläggande metoden för att få högre utmattningshållfasthet.

Runda borrstänger med en diameter på mer än 32 mm används för att borra djupa hål på tunga borrfordon. Vid anslutning och lossning av tunga borrstänger för djupa hål, använd effektiva hjälpanordningar för att mekanisera anslutningen och lossningen av borrstänger.

Trådar

Det finns fyra grundläggande konstruktioner av gängor för bergborrstavar:"R"eller våg tråd,"T"eller trapetsformad tråd,"C"eller dubbelstarttråd, och"Hej Leed"eller omvänd tandningsgänga (Figur 1). De"T"tråden är utvecklad av Sandvik och kan tillverkas av andra tillverkare under licens från Sandvik, men i de flesta fall är den märkt med andra symboler. Hela gängan måste tillverkas med hög precisionstolerans och ha en hög ytfinish.

Bild

De"R"gängan har en konstant gängvinkel på 20° mätt från stångens axel och en konstant stigning på 0,5 tum. Den används för små stavar med diametrar från 22 mm till 28 mm. För kraftfulla bergborrar är det möjligt att överdra åt"R"gänga, graden av åtdragning beroende på slagenergin, vridmomentet och motståndet som genereras av berget och dragkraften.

Jämfört med"R"tråd, den"T"gängan har en större gängvinkel och dess stigning ökar med ökande diameter. Den har egenskaperna för balanserad täthet och används för borrstänger med diametrar på 38 mm och 45 mm."C"gänga är lämplig för större utrustning, såsom borrstänger med diametrar på 51 mm eller 57 mm. Den har dubbelstartgänga och dess gängprofilvinkel liknar den för"T"tråd."Hej Leed"gängtandsprofilen är sågtandsformad, och dess anslutnings- och demonteringsprestanda är mellan"R"och"T*"trådar. Den används för borrstänger med diametrar mellan 25 mm och 57 mm, och dess gängvinkelstorlek är mellan"R"och"T"trådar.

När bergborrning är lättare kan den gängade sektionen på vevstaken göras dubbelt så lång, så att när den första delen av gängan är sliten kan den skäras av, men särskild uppmärksamhet bör ägnas vid avskärning för att undvika lokal uppvärmning och anlöpning av borrstången. I vissa fall har borrstången nått sin utmattningslivslängd efter att gängan är sliten. Valet av enkel- eller dubbelstartgänga bestäms av inspektionsförsöket av bergborr- och bergförhållandena, men dragkraften är en viktig parameter.

Ingersoll-Rand ( Ingersoll-Rand har gjort en specialgänga som är gängad längs hela borrstångens längd, så när ena änden av gängan är sliten kan den skäras av och sedan fasas och återanvändas. Det rapporteras att dess livslängden ökas med 5 gånger jämfört med borrstänger med gängor endast på ändarna. Gängorna är rullade, vilket har hög skjuvhållfasthet, och ytan är härdad, så den är tuff och slitstark så att den kan lossas med minimalt vridmoment. Dess specifikationer är 32 mm, 38 mm och 44 mm.

Förbättring av borrstång

05

En ny generation slagborrborrar, speciella Särskilt hydrauliskt drivna bergborrar, som kan vinna i många aspekter av bergborrning i dagbrott i konkurrens med roterande borrar och sänkborrar. Dessa framsteg skedde samtidigt med förbättringen av borrstänger och borrkronor. När borrhastigheten ökar måste borrstången ha större seghet och är vanligtvis tyngre. Uppenbarligen är hanteringsanordningen och automatisk styrning av tunga borrstänger mycket viktiga och är nödvändig hjälputrustning.

Borrstångens livslängd påverkas huvudsakligen av spänningsvågens amplitud, så långa spänningsvågor med liten amplitud och jämn fördelning är de mest gynnsamma. Hydrauliska slagborrmaskiner producerar denna typ av våg. Jämfört med den korta och tjocka kolven på den pneumatiska bergborren, är dess kolvdiameter liten och lång. Det uppskattas att det är möjligt att spara 15 % i kostnaden för borrstångsförbrukning genom att använda hydrauliska bergborrar. En annan gynnsam faktor är att bergborrens kraft kan justeras relativt enkelt efter matchning av bergborrhastighet och borrstångskostnad. Dessutom kan användningen av automatiska ögonöppnings- och anti-stockningsanordningar också förhindra eller åtminstone minimera förekomsten av borrstopp.

Det uppskattas att grundinvesteringen står för 25~30% av bergborrningskostnaden, reservdelar och underhåll står för 22~33%, lönerna står för 12~25%, energiförbrukningen står för 2~6% och borrstänger. och borrkronor står för 20~22%. Bland ovanstående utgifter är skillnaderna mellan gruvor Skillnaden är mycket stor. Men om den totala kostnaden för att borra malmen är $2/ton, är kostnaden för borrstången och borrkronan $0,4/ton. Om borren ofta går sönder under borrning kommer det att öka kostnaderna och fördröjningstiden. I stora gruvor kan även en liten besparing i förbrukningen av borrkronor och borrstänger ha avsevärda fördelar. För att minimera kostnaderna är det mycket viktigt att diskutera med borrstångstillverkaren och noggrant välja borrstång efter produktions- och användningsförhållanden.

Underhåll av borrstänger

06

Borrmaskin ser till att borrstjärthylsan är intakt och att borrhuvudet är vasst.

Vänd runt vevstaken och använd i tur och ordning borrstängerna i borrstångsgruppen för att få gängorna i borrstångsgruppen att slitas jämnt. Använd vevstångshylsan enligt motsvarande livslängd för borrstångsgängan - ny vevstångshylsa med ny borrstång.

Vid torrborrning, rengör och smörj gängorna med specialfett och använd endast raka borrstänger. Uppvärmning av borrstången före start i kalla väderförhållanden förlänger dess livslängd.

Borra försiktigt och använd 1/4~1/2 av bergborrens kraft vid borrning. Om borrstången inte är inriktad måste den borras om.

Använd den bästa dragkraften. För mycket tryck kommer att få stången att böjas och förkorta dess livslängd, och kan också blockera borrhuvudets rensningshål och orsaka att borrhuvudets hårdmetallplatta slits eller skadas; otillräcklig dragkraft kommer att orsaka uppvärmning vid anslutningen, skada anslutningen, överdrivet slitage eller lossning av borrhuvudets hårdmetallplatta.

Stånghylsan"snaps"mot borrhållaren, vilket kommer att skada stavhylsan.

Se till att spolning innebär att det alltid finns tillräckligt med spolvatten för att snabbt ta bort stenflisen.

Var noga med att dra tillbaka borren - använd 1/4 av tryckhastigheten när du drar tillbaka borren för att förhindra att borren fastnar.

Använd en bra skiftnyckel för att ta bort borrstången. Att hamra eller använda en rörklämma kommer att skada den härdade ytan. Fallgropar kan orsaka utmattningsfrakturer. Använd en speciell mätare för att mäta slitaget på gängorna på stånghylsan och borrstången. När slitaget överstiger den angivna gränsen ska den skrotas.

Förvaring Om den ska förvaras efter användning måste den behandlas med rostskyddsmedel och inte staplas nära vatten eller damm. Korrosion är ett stort problem i underjordiska gruvor.