Einführung der Schlagbohrstange

Bei der Auswahl einer Bohrstange für einen Schlagbohrer müssen Bergbauingenieure viele Faktoren berücksichtigen, darunter Stangendurchmesser, Querschnittsform, Bohrstahlart und Wärmebehandlungsverfahren. Die Auswahl wird nicht nur von technischen Bedingungen, sondern auch von regionalen Vorlieben und der Marktverfügbarkeit beeinflusst.

Derzeit werden zwei grundlegende Bohrstangentypen hergestellt: Der erste hat ein geschmiedetes Bohrende und der zweite hat an jedem Ende ein Gewinde. Der erste ist für integrierte, konische oder mit Gewinde versehene Bohrköpfe geeignet. Der zweite wird bei einem Bohrende verwendet, beispielsweise bei einer einzelnen Bohrstange für einen Schienenbohrer oder einer Bohrstange mit Gestängebaugruppe, die mit einer Gewindehülse verbunden ist.

Bohrstahlarten

Hohlbohrstahl wird aus einem Stahlblock 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, damit er für die erforderliche Bohrstangenart und die verwendete Wärmebehandlungsmethode geeignet ist. 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 einer kleinen Menge Mangan und Molybdän weist eine hohe Dauerfestigkeit auf und kann lokal wärmebehandelt und geschweißt werden. Er wird zur Herstellung von Bohrstangen mit Bohrenden, 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 Druckspannungen an der Oberfläche. Mit der Hochfrequenzmethode können Kegel, Bohrerende und Gewinde lokal wärmebehandelt werden, wodurch die Bohrstange flexibel wird und großen Biege- und Grobbelastungen standhält. Sandstrahlen ist ein Kaltverfestigungsverfahren, das Oberflächenfehler entfernt und die Lebensdauer verlängert.

Aus kohlenstoffarmem und mittelkohlenstoffhaltigem Stahl mit 0,2–0,27 % Kohlenstoff, 2–3 % Chrom oder Nickel sowie Mangan oder Molybdän werden Verlängerungsstangen, Verlängerungsstangenenden, Verlängerungsstangenhülsen und Bohrerkörper hergestellt. 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 Schachtofen etwa 6 Stunden lang behandelt. Durch die Aufkohlung verändern sich die grundlegende chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der äußeren Schicht, was zu einer Volumenzunahme und Druckspannung führt. Dieser Prozess findet auf der gesamten Oberfläche statt, einschließlich der inneren Spüllöcher, und verbessert die Haltbarkeit, Dauerfestigkeit, Härte und Steifheit der Bohrstange sowie ihre 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 Pleuelstangenteile, die zum Nassbohren in unterirdischen Bohrlöchern verwendet werden, als Ganzes aufgekohlt sind, einschließlich der Pleuelhülse und des Bohrergewindes. Wenn diese Art von Stahl teilweise aufgekohlt ist, ist es schwierig, ein lokales Glühen durchzuführen, weil"Glühen"Es werden Zonen gebildet.

Das Schweißen von Hartmetallplatten in aufgekohltem Stahl zu Integralbohrern ist technisch ein anspruchsvoller Prozess, aber einige Hersteller haben damit Erfolg gehabt. Die von ihnen hergestellten Hochleistungs-Integralbohrstangen werden in Hochleistungs-Gesteinsbohrern für mechanisiertes Gesteinsbohren verwendet. Berichten zufolge ist ihre Lebensdauer dreimal so hoch wie die von Kohlenstoffstahl, beispielsweise 900 Meter gegenüber 300 Metern.

Ein weiterer kohlenstoffarmer legierter Stahl ist besonders gut bearbeitbar. Er enthält Nickel und Chrom. Im Allgemeinen wird dieser Stahl auch als Ganzes aufgekohlt. Chrom-Nickel-Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (0,42 %) wird von einigen Fabriken zur Herstellung langer, hochbelastbarer integrierter Bohrstangen verwendet.

Die Außenfläche und die Spüllöcher können phosphatiert werden, um Rost vorzubeugen. Während der Lagerung kann außerdem eine Schutzwachsschicht aufgetragen werden. Korrosion und Rost können zu vorzeitigen Ermüdungsrissen führen.

Beim Bohren von abrasivem Hartgestein mit einem Nassbohrgerät werden im Allgemeinen vollständig aufgekohlte Bohrstangen bevorzugt. Beim Bohren von Gestein auf Tagebaustufen mit Fugen oder gebrochenen Gesteinsformationen besteht jedoch die Gefahr einer starken Verbiegung der Bohrstange, und die aufgekohlte Bohrstange kann brechen. Hochfrequenz-Abschreckbohrstangen können sich dieser Situation besser anpassen. Da hochfrequenz-abschreckende Bohrstangen eine höhere Zähigkeit aufweisen, werden sie nicht so leicht durch Stöße beschädigt, die durch versehentliche oder absichtliche Stöße verursacht werden, und sie werden auch nicht so leicht durch lose Gewinde beschädigt, die durch unzureichende Antriebskraft verursacht werden, was zu lokaler Erwärmung und Beschädigung führt. Das Spülen mit Druckluft kann auch zu lokaler Erwärmung und Oberflächenerosion führen. Hochfrequenz-abschreckende Bohrstangen sind für dieses Phänomen nicht anfällig, aber sie neigen zu Gewindeverschleiß.

Wenn das Bohrloch flach ist, beispielsweise unter 6 Metern, oder wenn das Bohrloch tiefer wird, wird ein Satz Bohrstangen unterschiedlicher Länge verwendet, oder es wird ein einzelner Bohrer verwendet, der der Tiefe des Bohrlochs entspricht, was heutzutage weit verbreitet ist. Diese Art von Bohrstange wird mit einem Bohrende geschmiedet. Der Bohrkopf ist entweder einstückig mit der Bohrstange oder ein beweglicher Bohrkopf, der durch einen Kegel oder ein Gewinde verbunden ist. Bohrstangen mit einem Bohrende bestehen aus sechseckigem Bohrstahl mit gegenüberliegenden Seitenabmessungen von 19 mm, 22 mm oder 25 mm und werden für handgeführte Gesteinsbohrer, Gesteinsbohrer mit Luftbein und mechanisierte Bohrfahrzeuge zum Bohren von Löchern in Arbeitsflächen oder Gesteinsankern verwendet. Wie oben erwähnt, besteht diese Art von Bohrstange im Allgemeinen aus kohlenstoffreichem, chromhaltigem legiertem Stahl. Dieser legierte Stahl kann Biegungen standhalten, ohne zu brechen oder sich dauerhaft zu verformen.

Das Ende des Bohrers (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 Gesamtstruktur der Bohrstange sollte dafür sorgen, dass die Gesamtverschleißlebensdauer des Wolframkarbids der Ermüdungslebensdauer der Bohrstange entspricht. Dieser Ansatz ist jedoch bei stark abrasivem Gestein unrealistisch und es ist besser, einen aktiven Bohrkopf zu verwenden.

Beim mechanisierten Gesteinsbohren, bei dem zum Spülen von Gesteinsspänen Hochdruckwasser verwendet wird, sollte die Bohrstange mit einer Bohrschwanzdichtung ausgestattet sein, um zu verhindern, dass Spülwasser in den Gesteinsbohrer eindringt, da dies bei pneumatischen Gesteinsbohrern die Schmierung beeinträchtigen und zu Vereisung führen kann.

Mindestens ein Hersteller liefert eine Bohrstange mit Kugelzahn-Bohrkopf anstelle eines Schlitzbohrkopfes. Eine Bohrstange mit Kreuzbohrkopf eignet sich für gebrochenes oder gebrochenes Gestein, da beim Bohren in diesen Gesteinen die Gefahr besteht, dass sich der Bohrer verklemmt. Der Schlitzbohrkopf hat jedoch den herausragenden Vorteil, dass er leicht geschliffen werden kann.

Verbinder Bohrschwanz

Wenn Sie zum Bohren tiefer Löcher eine Pleuelstange verwenden, wird das Pleuelstangen-Bohrende in die Bohrhülse des Gesteinsbohrers eingeführt und die Pleuelstangenhülse mit der ersten Bohrstange in der Bohrstangengruppe verbunden. Da die vom Gesteinsbohrerhersteller hergestellten Gesteinsbohrer Bohrhülsen mit unterschiedlichen Strukturen aufweisen, gibt es viele Arten von Pleuelstangen-Bohrenden. Der einfachste ist der Sechskantschaft mit Schulter, andere variieren in ihrer Komplexität und haben Vorsprünge oder Keilwellen.

Der Schaft muss die Aufprallenergie, das Drehmoment und den Schub auf die Bohrstange übertragen, und seine Rückseite, Gewinde und Keile oder sein Schaft 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 treten kleine Verschiebungen auf, und der dadurch verursachte Verschleiß muss durch verschleißfesten Stahl minimiert werden, der die Eigenschaft hat, spröde zu werden, aber nicht an Dauerfestigkeit zu verlieren. Der am besten geeignete Stahl ist kohlenstoffarmer Chromstahl oder Nickel-Chrom-Stahl, und die übliche Wärmebehandlung ist die vollständige Aufkohlung.

Beim Bohren von flachen Löchern ist es besser, einen Schaftbohrer und einen Bohrmeißel für einen Schienenbohrer nach dem Schaft anzuschließen, als einen einzelnen Schaft mit Schaft zu verwenden, insbesondere beim Bohren von Sprenglöchern mit großem Durchmesser in hartem Gestein und bei Verwendung von Hochleistungsbohrern. Diese Methode ermöglicht den Austausch von Adapter, Adapterhülse, Bohrstange und Bohrkopf bei Bedarf. Da die Adapterhülse jedoch durch einen offenen Bohrerhalter verläuft, besteht der Nachteil, dass die Verlängerungslänge verloren geht, die der Länge des Adapters entspricht.

Beim Bohren eines Step-Down-Sprenglochs muss der erste Abschnitt der Bohrstange vom Adapter getrennt werden, bevor der Adapter hinzugefügt wird. Bei der Adapterhülse besteht die Gefahr, dass sie abfällt, daher wird manchmal die Verwendung eines Adapters mit Innengewinde bevorzugt. Sofern nicht ausschließlich Innengewinde verwendet werden, wird die Adapterhülse mit dem unteren Ende der Bohrstange verbunden. Im Vergleich zur Verwendung der Adapterhülse entsteht eine starrere Verbindung zwischen dem Bohradapter und der ersten Bohrstange. Wenn aufgrund der Sprenglochablenkung große Biegespannungen im Bohradapter auftreten, ist die starre Verbindung eher beschädigt.

Da ist ein"schlank"Übergangsbereich zwischen dem Ende des Bohradapters und dem Gewindeteil, der den Bohradapter elastisch und biegefest machen soll.

Das Spülmedium (Wasser oder Druckluft) gelangt durch die Wassernadel des Bohrhammers oder eine unabhängige Drehvorrichtung in das Sprengloch. Beim Spülen mit Hochdruckwasser (über 8 bar) muss eine unabhängige Drehvorrichtung verwendet werden. Moderne hydraulische Bohrhämmer verfügen über ein integriertes Spülsystem am Ende der Bohrrohrmündung.

Stäbe verbinden

Tiefloch-Bohrstangen 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 der leichteren Bohrstange aufgrund der geringeren Steifigkeit die Gefahr einer Ablenkung des Sprenglochs besteht, ist es beim Bohren nach oben bequemer, leichte Bohrstangen zu verwenden. Leichte Bohrstangen erfordern komplexe Schmiedeprozesse, und Aufkohlen ist die grundlegende Methode, um eine höhere Dauerfestigkeit zu erzielen.

Runde Bohrstangen mit einem Durchmesser von mehr als 32 mm werden zum Bohren tiefer Löcher auf schweren Bohrfahrzeugen verwendet. Verwenden Sie beim Anschließen und Entladen schwerer Bohrstangen für tiefe Löcher wirksame Hilfsgeräte, um das Anschließen und Entladen der Bohrstangen zu mechanisieren.

Themen

Es gibt vier grundlegende Gewindekonstruktionen für Gesteinsbohrstangen:"R"oder Wellenfaden,"T"oder Trapezgewinde,"C"oder zweigängiges Gewinde und"Hallo-Leed"oder umgekehrtes Kerbgewinde (Bild 1). Die"T"Gewinde wurde von Sandvik entwickelt und kann von anderen Herstellern unter Lizenz von Sandvik hergestellt werden, ist aber in den meisten Fällen mit anderen Symbolen gekennzeichnet. Das gesamte Gewinde muss mit hohen Präzisionstoleranzen hergestellt werden und eine hohe Oberflächengüte aufweisen.

Bild

Der"R"Das Gewinde hat einen konstanten Gewindewinkel von 20° gemessen von der Achse der Stange und eine konstante Steigung von 0,5 Zoll. Es wird für kleine Stangen mit Durchmessern von 22 mm bis 28 mm verwendet. Bei Hochleistungs-Gesteinsbohrern ist es möglich, das Gewinde zu fest anzuziehen."R"Gewinde, wobei der Grad des Anziehens von der Aufprallenergie, dem Rotationsdrehmoment und dem durch Gestein und Schub erzeugten Widerstand abhängt.

Verglichen mit dem"R"Faden, der"T"Das Gewinde hat einen größeren Gewindewinkel und seine Steigung nimmt mit zunehmendem Durchmesser zu. Es hat die Eigenschaften einer ausgewogenen Dichtheit und wird für Bohrstangen mit Durchmessern von 38 mm und 45 mm verwendet."C"Gewinde ist für größere Geräte geeignet, wie Bohrstangen mit Durchmessern von 51 mm oder 57 mm. Es hat zweigängige Gewinde und sein Gewindeprofilwinkel ähnelt dem von"T"Faden."Hallo-Leed"Das Gewindezahnprofil ist sägezahnförmig und seine Verbindungs- und Demontageleistung liegt zwischen"R"Und"T*"Gewinde. Es wird für Bohrstangen mit Durchmessern zwischen 25 mm und 57 mm verwendet und seine Gewindewinkelgröße liegt zwischen"R"Und"T"Fäden.

Wenn das Bohren in Gestein einfacher ist, kann der Gewindeabschnitt an der Pleuelstange doppelt so lang gemacht werden, sodass er abgeschnitten werden kann, wenn der erste Abschnitt des Gewindes abgenutzt ist. Beim Abschneiden sollte jedoch besonders darauf geachtet werden, eine lokale Erwärmung und Temperierung der Bohrstange zu vermeiden. In einigen Fällen hat die Bohrstange ihre Lebensdauer erreicht, nachdem das Gewinde abgenutzt ist. Die Wahl eines eingängigen oder zweigängigen Gewindes wird durch die Inspektionsprobe des Gesteinsbohrers und die Gesteinsbedingungen bestimmt, aber der Schub ist ein wichtiger Parameter.

Ingersoll-Rand (Ingersoll-Rand hat ein spezielles Gewinde hergestellt, das über die gesamte Länge der Bohrstange verläuft. Wenn also ein Ende des Gewindes abgenutzt ist, kann es abgeschnitten und dann abgeschrägt und wiederverwendet werden. Es wird berichtet, dass seine Lebensdauer im Vergleich zu Bohrstangen mit Gewinden nur an den Enden um das Fünffache erhöht ist. Die Gewinde sind gerollt, was eine hohe Scherfestigkeit aufweist, und die Oberfläche ist gehärtet, sodass sie robust und verschleißfest sind. Es verwendet einen ziemlich steilen Spiralwinkel, sodass es mit minimalem Drehmoment gelöst werden kann. Seine Spezifikationen sind 32 mm, 38 mm und 44 mm.

Verbesserung der Bohrstange

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Eine neue Generation von Schlagbohrern, insbesondere hydraulisch angetriebene Bohrhämmer, die in vielen Aspekten des Tagebau-Bohrwesens im Wettbewerb mit Drehbohrern und Imlochbohrern die Nase vorn haben. Diese Fortschritte erfolgten zeitgleich mit der Verbesserung von Bohrstangen und Bohrmeißeln. Mit zunehmender Bohrgeschwindigkeit muss die Bohrstange eine höhere Zähigkeit aufweisen und ist normalerweise schwerer. Offensichtlich sind die Handhabungsvorrichtung und die automatische Steuerung schwerer Bohrstangen sehr wichtig und notwendige Zusatzgeräte.

Die Lebensdauer der Bohrstange wird hauptsächlich durch die Amplitude der Spannungswelle beeinflusst. Lange Spannungswellen mit kleiner Amplitude und gleichmäßiger Verteilung sind daher am günstigsten. Hydraulische Schlagbohrhämmer erzeugen diese Art von Welle. Im Vergleich zum kurzen und dicken Kolben des pneumatischen Bohrhammers ist sein Kolbendurchmesser klein und lang. Schätzungsweise können durch den Einsatz hydraulischer Bohrhämmer 15 % der Kosten für den Bohrstangenverbrauch eingespart werden. Ein weiterer günstiger Faktor ist, dass die Leistung des Bohrhammers 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 Bohrerverklemmungen verhindern oder zumindest minimieren.

Schätzungsweise machen die Grundinvestitionen 25 bis 30 % der Kosten für Gesteinsbohrungen aus, Ersatzteile und Wartung 22 bis 33 %, Löhne 12 bis 25 %, Energieverbrauch 2 bis 6 % und Bohrstangen und Bohrmeißel 20 bis 22 %. Bei den oben genannten Kosten sind die Unterschiede zwischen den Minen sehr groß. Wenn jedoch die Gesamtkosten für das Bohren des Erzes 2 USD/Tonne betragen, betragen die Kosten für Bohrstange und Bohrmeißel 0,4 USD/Tonne. Wenn der Bohrer während des Bohrens häufig bricht, erhöht dies die Kosten und verzögert die Zeit. 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 Bohrstangenhersteller zu sprechen und die Bohrstange entsprechend den Produktions- und Einsatzbedingungen sorgfältig auszuwählen.

Wartung von Bohrstangen

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Die Bohrmaschine stellt sicher, dass die Bohrerhülse intakt und der Bohrkopf scharf ist.

Drehen Sie die Pleuelstange um und verwenden Sie die Bohrstangen in der Bohrstangengruppe nacheinander, damit sich die Gewinde in der Bohrstangengruppe gleichmäßig abnutzen. Verwenden Sie die Pleuelhülse entsprechend der entsprechenden Lebensdauer des Bohrstangengewindes – neue Pleuelhülse mit neuer Bohrstange.

Reinigen und schmieren Sie beim Trockenbohren die Gewinde mit Spezialfett und verwenden Sie nur gerade Bohrstangen. Das Erwärmen der Bohrstange vor dem Start bei kaltem Wetter verlängert ihre Lebensdauer.

Bohren Sie vorsichtig und verwenden Sie beim Bohren 1/4 bis 1/2 der Leistung des Gesteinsbohrers. Wenn die Bohrstange nicht ausgerichtet ist, muss sie erneut gebohrt werden.

Verwenden Sie den besten Schub. Zu viel Schub führt dazu, dass sich die Stange verbiegt und ihre Lebensdauer verkürzt. Außerdem kann er das Spülloch des Bohrkopfs blockieren und die Hartmetallplatte des Bohrkopfs verschleißen oder beschädigen. Zu wenig Schub führt zu Erhitzung an der Verbindung, Beschädigung der Verbindung, übermäßigem Verschleiß oder Lösen der Hartmetallplatte des Bohrkopfs.

Die Stangenhülse"Schnappschüsse"gegen den Bohrerhalter, wodurch die Stangenhülse beschädigt wird.

Durch die Sicherstellung der Spülung ist gewährleistet, dass stets ausreichend Spülwasser zur Verfügung steht, um die Gesteinssplitter schnell zu entfernen.

Gehen Sie beim Herausziehen des Bohrers vorsichtig vor. Verwenden Sie beim Herausziehen des Bohrers 1/4 der Schubgeschwindigkeit, um zu verhindern, dass der Bohrer stecken bleibt.

Verwenden Sie einen guten Schraubenschlüssel, um die Bohrstange zu entfernen. Hämmern oder die Verwendung einer Rohrschelle beschädigt die gehärtete Oberfläche. Fallgruben können zu Ermüdungsbrüchen führen. Verwenden Sie ein spezielles Messgerät, um den Verschleiß der Gewinde an der Stangenhülse und der Bohrstange zu messen. Wenn der Verschleiß den angegebenen Grenzwert überschreitet, muss er verschrottet werden.

Lagerung Wenn es nach Gebrauch gelagert werden soll, muss es mit einem Rostschutzmittel behandelt und nicht in der Nähe von Wasser oder Staub gestapelt werden. Korrosion ist in Untertagebergwerken ein großes Problem.