Wissenswertes zu Schlagbohrstangen (Verlängerungsbohrstange)

Bei der Auswahl einer Bohrstange für einen Schlagbohrer müssen Bergbauingenieure viele Faktoren berücksichtigen, darunter Bohrstangendurchmesser, Querschnittsform, Bohrstahlart und Wärmebehandlungsverfahren. Die Auswahl wird nicht nur von den technischen Bedingungen, sondern auch von regionalen Vorlieben und dem Marktangebot beeinflusst. Derzeit werden zwei grundlegende Arten von Bohrstangen hergestellt: Die erste hat einen geschmiedeten Schaftadapter und die zweite hat an jedem Ende ein Gewinde. Die erste ist für integrierte, konische oder mit Gewinde versehene Bohrköpfe geeignet. Die zweite wird bei einem Schaftadapter verwendet, z. B. nur einer Bohrstange für einen Schienenbohrer oder einer Bohrstange mit Stangenanordnung, die mit einer Gewindestangenhülse verbunden ist.

Arten von Bohrstangen:

Hohlbohrstahl wird aus einem Knüppel mit rundem Kern aus Vollmetall warmgewalzt und hat einen runden oder sechseckigen Querschnitt und verschiedene Längen. Die chemische Zusammensetzung des Stahls muss sorgfältig ausgewählt und genau kontrolliert werden, um der Art der benötigten Bohrstange und der verwendeten Wärmebehandlungsmethode zu entsprechen. Nach dem Walzen auf die erforderliche Größe wird er gestreckt, um den Durchmesser zu verringern, und dann wird der Metallkern entfernt. Kohlenstoffstahl mit 1 % Kohlenstoff und 1 % Chrom sowie geringen Mengen Mangan und Molybdän weist eine hohe Ermüdungsbeständigkeit auf und kann lokal wärmebehandelt und geschweißt werden. Er wird zur Herstellung von Bohrstangen mit Schaftadaptern, einschließlich integrierter Bohrstangen, verwendet. Beim Hochfrequenz-Abschreckverfahren wird das Werkstück schnell auf 900 °C erhitzt und anschließend schnell in Wasser abgekühlt. Dadurch ändert sich die Metallstruktur und es entstehen auch Druckspannungen in der Oberflächenschicht. Mit der Hochfrequenzmethode können Kegel, Schaftadapter und Gewinde lokal wärmebehandelt werden, wodurch die Bohrstange flexibel wird und großen Biegungen und grober Handhabung standhält. Sandstrahlen ist ein Kaltverfestigungsverfahren, das Oberflächenfehler entfernt und die Lebensdauer verlängert. Zur Herstellung von Adapterstangen, Adapterenden, Adapterhülsen und Bohrerkörpern werden kohlenstoffarme und mittelkohlenstoffhaltige Stähle mit 0,2–0,27 % Kohlenstoff, 2–3 % Chrom oder Nickel sowie Mangan oder Molybdän verwendet. Sie sind im Allgemeinen vollständig aufgekohlt. Während der Aufkohlung wird ein Bündel von 200–300 Bohrstangen in einen Käfig gehängt und in einer kohlenstoffreichen Atmosphäre bei 925 °C in einem Tiefofen etwa 6 Stunden lang behandelt. Durch die Aufkohlung ändern sich die grundlegende chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der Außenschicht, was zu Volumenzunahme und Druckspannung führt. Dieser Prozess findet auf der gesamten Oberfläche einschließlich der inneren Spüllöcher statt und verbessert die Haltbarkeit, Dauerfestigkeit, Härte und Steifheit der Bohrstange sowie die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Beim Nassbohren ist es natürlich wichtig, die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, um die Spüllöcher zu schützen. Es wird berichtet, dass etwa 95 % der Adapterteile, die für unterirdische Nassbohrungen verwendet werden, als Ganzes aufgekohlt sind, einschließlich der Adapterhülse und der Bohrergewinde. Wenn diese Art von Stahl teilweise aufgekohlt ist, ist es schwierig, ein lokales Glühen durchzuführen, da sich Glühzonen bilden. Es ist ein technisch schwieriger Prozess, Hartmetallplatten in aufgekohlten Stahl zu schweißen, um eine integrale Bohrstange herzustellen, aber einige Hersteller haben es geschafft. Die von ihnen hergestellten Hochleistungs-Integralbohrstangen werden in Hochleistungs-Gesteinsbohrern für mechanisiertes Gesteinsbohren verwendet. Es wird berichtet, dass ihre Lebensdauer dreimal so hoch ist wie die von kohlenstoffreichem Stahl, beispielsweise 900 Meter gegenüber 300 Metern. Ein anderer kohlenstoffarmer legierter Stahl weist eine besonders gute Bearbeitbarkeit auf. Er enthält Nickel und Chrom. Im Allgemeinen ist dieser Stahl auch als Ganzes aufgekohlt. Mittelkohlenstoffhaltiger (0,42 %) Kohlenstoff-Chrom-Nickel-Stahl wird von einigen Fabriken verwendet, um lange,Hochleistungs-Bohrstangen mit integriertem Bohrer. Die Außenfläche und die Spüllöcher können phosphatiert werden, um Rost zu verhindern. Während der Lagerung kann auch Schutzwachs aufgetragen werden. Korrosion und Rost können zu vorzeitigen Ermüdungsrissen führen. Beim Bohren von abrasivem Hartgestein mit Nassbohrern werden im Allgemeinen vollständig aufgekohlte Bohrstangen bevorzugt. Beim Bohren in Tagebaustufen mit Fugen oder gebrochenen Gesteinsformationen besteht jedoch die Gefahr einer starken Verbiegung der Bohrstange, und die aufgekohlte Bohrstange kann brechen. Hochfrequenz-abgeschreckte Bohrstangen können sich dieser Situation besser anpassen. Da die hochfrequenzabgeschreckte Bohrstange eine höhere Zähigkeit aufweist, wird sie nicht so leicht durch versehentliche oder absichtliche Stöße beschädigt. Gleichzeitig ist es nicht so einfach, das Gewinde aufgrund unzureichender Antriebskraft zu lösen, was zu lokaler Erwärmung und Beschädigung führt. Das Einblasen mit Druckluft kann ebenfalls zu lokaler Erwärmung und Oberflächenerosion führen. Hochfrequenz-abgeschreckte Bohrstangen sind für dieses Phänomen nicht anfällig, aber es kann zu Gewindeverschleiß kommen. Bohrstangen mit Schaftadapter Wenn das Sprengloch sehr flach ist, beispielsweise weniger als 6 Meter, oder wenn das Sprengloch tiefer wird, wird eine Bohrstangengruppe unterschiedlicher Länge verwendet oder häufig wird ein einzelner Bohrer verwendet, der der Tiefe des Sprenglochs entspricht. Diese Art von Bohrstange wird mit einem Schaftadapter geschmiedet. Der Bohrkopf ist entweder fest mit der Bohrstange verbunden oder ein beweglicher Bohrkopf, der durch einen Konus oder ein Gewinde verbunden ist. Die Bohrstange mit Schaftadapter besteht aus sechseckigem Bohrstahl mit gegenüberliegenden Seitenmaßen von 19 mm, 22 mm oder 25 mm und wird für handgeführte Gesteinsbohrhämmer, Gesteinsbohrhämmer mit Luftbeinen und mechanisierte Bohrfahrzeuge zum Bohren von Löchern in Abbauwänden oder Gesteinsankern verwendet. Wie oben erwähnt, besteht diese Art von Bohrstange üblicherweise aus kohlenstoffreichem, chromhaltigem legiertem Stahl. Dieser legierte Stahl hält Biegungen stand, ohne zu brechen oder sich bleibend zu verformen. Das Ende des Schaftadapters (wenn die Bohrstange nicht vollständig aufgekohlt ist) wird separat abgeschreckt, um den durch den Kolben und das Drehmoment verursachten Stoßbelastungen standzuhalten. Wenn der Bohrkopf durch einen Kegel verbunden ist, kann er auch separat wärmebehandelt werden. Die integrierte Bohrstangenstruktur soll die Gesamtverschleißlebensdauer des Wolframkarbids der Ermüdungslebensdauer der Bohrstange entsprechen lassen. Bei sehr abrasivem Gestein ist dieser Ansatz jedoch nicht praktikabel und es ist besser, einen beweglichen Bohrkopf zu verwenden. Mechanisierte Gesteinsbohrungen mit Hochdruckwasserspülschnitten sollten mit einer Schaftadapterdichtung ausgestattet sein, um zu verhindern, dass das Spülwasser in den Gesteinsbohrer eindringt, da dies bei pneumatischen Gesteinsbohrern die Schmierung beeinträchtigen und Eis verursachen kann. Mindestens ein Hersteller bietet eine integrierte Bohrstange mit einem Kugelzahnbohrkopf anstelle eines Schlitzbohrkopfs an. Bei gebrochenem oder gebrochenem Gestein ist es geeignet, eine integrierte Bohrstange mit einem Kreuzbohrkopf zu verwenden, da beim Bohren in diesen Gesteinen die Gefahr eines Verklemmens besteht. Der Schlitzbohrkopf hat jedoch den herausragenden Vorteil, dass er sich leicht nachschärfen lässt.

Anschließen des Schaftadapters:

 Beim Bohren tiefer Löcher mit einer Bohrstange wird das Stangenende in die Schaftadapterhülse des Gesteinsbohrers eingeführt und die Stangenhülse mit der ersten Bohrstange in der Bohrstangengruppe verbunden. Da die Hersteller von Gesteinsbohrern Gesteinsbohrer mit unterschiedlichen Bohrhülsenstrukturen herstellen, gibt es viele Arten von Stangenenden. Das einfachste ist das mit sechseckigen Schultern versehene Ende, und die anderen sind unterschiedlich komplex und haben Vorsprünge oder Keile. Das Stangenende muss die Aufprallenergie, das Drehmoment und die Antriebskraft auf die Bohrstange übertragen, und seine hintere Endfläche, sein Gewinde und seine Keile oder Schultern müssen eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Die vom Kolben erzeugte Stoßwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit in Stahl (ca. 5000 m/s) und einer Frequenz von 60 Mal/s aus. An der Gewindeverbindung tritt eine kleine Verschiebung auf, und der dadurch verursachte Verschleiß muss durch verschleißfesten Stahl minimiert werden. Der verwendete verschleißfeste Stahl muss die Eigenschaften haben, spröde zu werden, aber nicht an Dauerfestigkeit zu verlieren. Der am besten geeignete Stahl ist kohlenstoffarmer Chromstahl oder Nickel-Chrom-Stahl, und die üblicherweise verwendete Wärmebehandlung ist die vollständige Aufkohlung. Beim Bohren von flachen Löchern ist es besser, einen Schienenbohrer und einen Bohrmeißel mit dem Adapterstangenende zu verbinden, als eine einzelne Bohrstange mit einem Schaftadapter zu verwenden, insbesondere beim Bohren von Löchern mit großem Durchmesser in hartem Gestein und beim Einsatz von Hochleistungsbohrern. Mit dieser Methode können das Adapterstangenende, die Adapterhülse, die Bohrstange und der Bohrmeißel bei Bedarf ausgetauscht werden. Da die Adapterhülse jedoch durch einen offenen Bohrerhalter verläuft, besteht der Nachteil, dass die Schublänge gleich der Länge des Adapterstangenendes verloren geht. Beim Bohren von Abwärtsstufenlöchern muss die erste Bohrstange vom Schaftadapter getrennt werden, bevor der Adapter hinzugefügt wird. Bei Verwendung einer Adapterhülse kann diese abfallen, daher wird manchmal die Verwendung eines Schaftadapters mit Innengewinde bevorzugt. Sofern nicht ausschließlich Innengewinde verwendet werden, sollte die Adapterhülse mit dem unteren Ende der Bohrstange verbunden werden. Im Vergleich zur Verwendung einer Adapterhülse entsteht zwischen dem Schaftadapter und der ersten Bohrstange eine starrere Verbindung. Wenn infolge der Durchbiegung des Sprenglochs große Biegespannungen im Schaftadapter auftreten, ist die starre Verbindung anfälliger für Beschädigungen. Zwischen dem Ende des Bohrers und dem Gewindeteil befindet sich ein "sschlank" Übergangsabschnitt, der den Bohrer elastisch und biegespannungsfest machen soll. Das Spülmedium (Wasser oder Druckluft) gelangt durch die Wassernadel des Gesteinsbohrers oder eine unabhängige Drehvorrichtung in das Sprengloch. Wenn zum Spülen Hochdruckwasser (über 8 Bar) verwendet wird, muss eine unabhängige Drehvorrichtung verwendet werden. Moderne hydraulische Gesteinsbohrhämmer haben am Ende der Bohrerhülse ein integriertes Spülsystem.

Bohrgestänge verbinden:

Bohrstangen für Tieflochbohrungen bestehen aus Chrom-Molybdän-Stahl mit 2–3 % Chrom oder Nickel und können sechseckig oder rund sein. Der Durchmesser des Stangenkörpers und des Gewindeteils der Bohrstange mit großem Querschnitt ist gleich, während der Durchmesser des Gewindeendes der leichten Bohrstange größer ist. Obwohl bei leichteren Bohrstangen aufgrund der geringeren Steifigkeit die Gefahr einer Ablenkung des Sprenglochs besteht, ist es beim Aufwärtsbohren bequemer, leichte Bohrstangen zu verwenden. Leichte Bohrstangen erfordern komplexe Schmiedeprozesse, und Aufkohlen ist die grundlegende Methode, um eine höhere Dauerfestigkeit zu erreichen. Runde Bohrstangen mit einem Durchmesser von mehr als 32 mm werden zum Bohren tiefer Löcher auf schweren Bohrfahrzeugen verwendet. Beim Anschließen und Entladen schwerer Bohrstangen zum Bohren tiefer Löcher müssen wirksame Hilfsgeräte verwendet werden, um das Anschließen und Entladen der Bohrstangen zu mechanisieren.

Themen:

Das "R"-Gewinde hat einen konstanten Gewindewinkel von 20° und eine konstante Steigung von 0,5 Zoll, gemessen von der Achse der Bohrstange. Es wird für kleine Bohrstangen mit Durchmessern von 22 mm bis 28 mm verwendet. Bei Hochleistungs-Gesteinsbohrhämmern kann das "R"-Gewinde zu fest angezogen werden. Der Grad des Anziehens hängt von der Aufprallenergie, dem Rotationsdrehmoment und dem durch das Gestein und den Schub erzeugten Widerstand ab. Im Vergleich zum "R"-Gewinde hat das "T"-Gewinde einen größeren Gewindewinkel und seine Steigung nimmt mit zunehmendem Durchmesser zu. Es hat die Eigenschaften einer ausgewogenen Festigkeit und wird für Bohrstangen mit Durchmessern von 38 mm und 45 mm verwendet. Das "C"-Gewinde eignet sich für größere Geräte wie Bohrstangen mit Durchmessern von 51 mm oder 57 mm. Es verfügt über ein doppelgängiges Gewinde und sein Gewindeprofilwinkel ähnelt dem des "T"-Gewindes. Das Gewindeprofil von "Hi-Leed" ist sägezahnförmig und seine Verbindungs- und Demontageleistung liegt zwischen "R"- und "T"-Gewinden. Es wird für Bohrstangen mit Durchmessern zwischen 25 mm und 57 mm verwendet und sein Gewindewinkel liegt zwischen "R"- und "T"-Gewinden. Wenn das Bohren in Gestein einfacher ist, kann das Gewindeteil an der Pleuelstange doppelt so lang gemacht werden, sodass es abgeschnitten werden kann, wenn der erste Abschnitt des Gewindes abgenutzt ist. Beim Abschneiden sollte jedoch besonders darauf geachtet werden, eine lokale Erwärmung und Anlassen der Bohrstange zu vermeiden. In einigen Fällen hat die Bohrstange nach Gewindeverschleiß ihre Ermüdungslebensdauer erreicht. Die Auswahl eines einseitigen oder doppelseitigen Gewindes wird durch die Inspektion und Erprobung des Gesteinsbohrers und der Gesteinsbedingungen bestimmt. zu bestimmen, aber der Schub ist ein wichtiger Parameter. Ingersoll-Rand stellt ein spezielles Gewinde her, das über die gesamte Länge der Stange verläuft, sodass es, wenn ein Ende abgenutzt ist, abgeschnitten und dann abgeschrägt und wiederverwendet werden kann. Es wird berichtet, dass es eine fünfmal längere Lebensdauer hat als eine Stange, die nur am Ende ein Gewinde hat. Die Gewinde sind gerollt, was ihnen eine hohe Scherfestigkeit verleiht, und die Oberfläche ist gehärtet, um Zähigkeit und Verschleißfestigkeit zu gewährleisten. Es wird ein ziemlich steiler Steigungswinkel verwendet, sodass sie mit minimalem Drehmoment gelöst werden können. Verfügbar in 32 mm, 38 mm und 44 mm.

Verbesserungen bei Bohrstangen:

Die neue Generation von Schlagbohrern, insbesondere solche mit Hydraulikantrieb, kann in vielen Aspekten des Tagebaus erfolgreich mit Dreh- und Imlochbohrern konkurrieren. Diese Fortschritte erfolgten parallel zu Verbesserungen bei Bohrstangen und Bohrmeißeln. Mit zunehmenden Bohrgeschwindigkeiten müssen Bohrstangen widerstandsfähiger und in der Regel schwerer sein. Offensichtlich sind Handhabungsgeräte und automatische Steuerung schwerer Bohrstangen wichtige und notwendige Zusatzgeräte. Die Lebensdauer von Bohrstangen wird hauptsächlich von der Amplitude der Spannungswelle beeinflusst, daher sind lange Spannungswellen mit kleiner Amplitude und gleichmäßiger Verteilung am günstigsten. Hydraulische Schlagbohrer erzeugen solche Wellen. Ihre Kolben sind klein und haben einen langen Durchmesser im Vergleich zu den kurzen und dicken Kolben pneumatischer Bohrer. Es wird geschätzt, dass durch den Einsatz hydraulischer Bohrer 15 % der Bohrstangenkosten eingespart werden können. Weitere günstige Faktoren sind, dass die Leistung des Bohrers relativ einfach entsprechend der Bohrgeschwindigkeit und den Kosten der Bohrstange angepasst werden kann. Darüber hinaus kann der Einsatz automatischer Ösenöffnungs- und Verklemmschutzvorrichtungen das Auftreten von Verklemmungen verhindern oder zumindest minimieren. Schätzungsweise machen die Grundinvestitionen 25–30 % der Kosten für Gesteinsbohrungen aus, Ersatzteile und Wartung 22–33 %, Löhne 12–25 %, Energieverbrauch 2–6 % und Bohrstangen und Bohrmeißel 20–22 %. Bei den oben genannten Kosten gibt es große Unterschiede zwischen den Minen. Wenn jedoch die Gesamtkosten für Gesteinsbohrungen für Erz 2 USD/Tonne betragen, betragen die Kosten für Bohrstangen und Bohrmeißel 0,4 USD/Tonne. Wenn beim Gesteinsbohren häufig Bohrer brechen, erhöht dies die Kosten und führt zu Verzögerungen. In großen Minen kann selbst eine kleine Einsparung beim Verbrauch von Bohrmeißeln und Bohrstangen erhebliche Vorteile bringen. Um die Kosten zu minimieren, ist es sehr wichtig, mit dem Hersteller von Gesteinsbohrstangen zu sprechen und die Bohrstange entsprechend den Produktions- und Einsatzbedingungen sorgfältig auszuwählen.

Wartung der Bohrstange:

Bohrmaschine: Stellen Sie sicher, dass die Bohrhülse intakt und der Bohrer scharf ist. Drehen Sie die Stange und verwenden Sie die Stangen in der Stangengruppe nacheinander, damit sich die Gewinde in der Stangengruppe gleichmäßig abnutzen. Verwenden Sie die Stangenhülse entsprechend der entsprechenden Lebensdauer des Stangengewindes – eine neue Stangenhülse passt zu einer neuen Stange. Reinigen und schmieren Sie beim Trockenbohren die Gewinde mit Spezialfett und verwenden Sie nur gerade Bohrstangen. Das Erwärmen der Bohrstange vor dem Einsatz bei kaltem Wetter verlängert ihre Lebensdauer. Bohren Sie vorsichtig und verwenden Sie beim Bohren 1/4 bis 1/2 der Bohrleistung. Wenn die Bohrstange nicht ausgerichtet ist, muss sie neu gebohrt werden. Verwenden Sie den optimalen Schub. Übermäßiger Schub führt dazu, dass sich die Bohrstange verbiegt und ihre Lebensdauer verkürzt. Außerdem kann er das Spülloch des Bohrkopfs blockieren und die Hartmetallplatte des Bohrkopfs verschleißen oder beschädigen. Unzureichender Schub führt zu Erhitzung an der Verbindung, Beschädigung der Verbindung, übermäßigem Verschleiß oder Lösen der Hartmetallplatte des Bohrkopfs. Die Stangenhülse "snap" relativ zum Bohrerhalter, wodurch die Stangenhülse beschädigt wird. Durch das Spülen sicherstellen, dass immer genügend Spülwasser vorhanden ist, um Gesteinssplitter schnell zu entfernen. Seien Sie beim Abdocken vorsichtig – verwenden Sie beim Abdocken 1/4 der Schubgeschwindigkeit, um ein Feststecken zu verhindern. Verwenden Sie einen guten Schraubenschlüssel, um die Stange zu lösen. Hämmern oder die Verwendung eines Rohrschlüssels beschädigt die gehärtete Oberfläche. Fallstricke können Ermüdungsbrüche verursachen. Verwenden Sie ein spezielles Messgerät, um den Verschleiß der Gewinde an der Verlängerungshülse und der Stange zu messen. Wenn der Verschleiß den angegebenen Grenzwert überschreitet, muss er verschrottet werden. Lagerung Wenn er nach dem Gebrauch gelagert werden soll, muss er mit einem Rostschutzmittel behandelt und nicht in der Nähe von Wasser oder Staub gelagert werden. Korrosion ist in Untertagebergwerken ein großes Problem.