درک عمیق مته های سنگی با دندان توپی
مته های توپی ابزاری هستند که به طور گسترده در حفاری، معدن و سایر عملیات های مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند.
1. ویژگی های ساختاری
طراحی دندان ساچمه ای ویژگی اصلی مته دندانه ای این است که سر آن با توپ منبت کاری شده است. این توپ ها عموما از کاربید سیمانی مانند کاربید تنگستن ساخته می شوند. شکل دندان ساچمه ای شبیه به قسمتی از یک کره است که به دندان ساچمه ای امکان می دهد در هنگام تماس با مواد سخت مانند سنگ ها فشار بیشتری را با سطح تماس کمتری اعمال کند. به عنوان مثال، در استخراج روباز، زمانی که مته دندان ساچمه ای به سنگ ضربه می زند، دندانه های ساچمه مانند "hhhhhhhhhhhhhhhh های کوچک هستند که تنش موضعی سنگ را متمرکز کرده و ترک خوردن و شکستن سنگ را آسان تر می کند. بدنه مته معمولاً از فولاد مرغوب ساخته می شود که نقش نگهدارنده دندان های ساچمه ای را ایفا می کند. طراحی بدنه مته باید از استحکام و چقرمگی کافی برای مقاومت در برابر ضربه و گشتاور در حین حفاری اطمینان حاصل کند. اشکال ساختاری آن متنوع است، از جمله انواع انتگرال و ترکیبی. بدنه مته یکپارچه یک دندان توپی است که مستقیماً در یک مته کامل منبت کاری شده است. نوع ترکیبی یک ساختار برش با دندانه های توپ و پایه مته با یک روش اتصال خاص ترکیب شده است که برای جایگزینی دندان های توپ آسیب دیده راحت است. شیارهای تراشه ای مته های توپی نیز با شیارهای تراشه ای طراحی شده اند. در طول فرآیند حفاری، بقایای سنگ شکسته باید به موقع تخلیه شوند، در غیر این صورت بر راندمان حفاری مته تأثیر می گذارد. شکل، اندازه و تعداد شیارهای تراشه بسته به اندازه و هدف مته متفاوت است. به عنوان مثال، در مته دندانه ساچمه ای برای حفاری نفت، در طراحی شیار تراشه باید توجه داشت که قلمه ها به آرامی از پایین چاه تحت حمل سیال حفاری و مارپیچ آن به زمین باز می گردند. شیار تراشه می تواند قلمه ها را با جهت جریان سیال حفاری هدایت کند.
2. اصل کار
مته دندانه توپی سنگ شکن ضربه ای عمدتاً سنگ ها را در اثر ضربه خرد می کند. در برخی تجهیزات معدن مانند مته های سنگی، نیروی ضربه با حرکت رفت و برگشتی پیستون ایجاد می شود و به مته دندانه ساچمه ای منتقل می شود. هنگامی که دندان ساچمه ای با سنگ تماس پیدا می کند، به دلیل سختی زیاد مواد کاربید سیمانی دندان ساچمه ای، نیروی ضربه به طور موثری به داخل سنگ منتقل می شود و باعث شکسته شدن سنگ می شود. به عنوان مثال، در پروژه های حفاری تونل، فرکانس ضربه و نیروی ضربه ترولی حفاری سنگ با استفاده از مته دندانه توپی را می توان با توجه به سختی سنگ تنظیم کرد. برای گرانیت با سختی بالاتر، فرکانس ضربه بالاتر و نیروی ضربه بیشتر مورد نیاز است تا دندان های توپی بتوانند به طور موثر سنگ را بشکنند. خرد کردن برشی علاوه بر خرد کردن ضربه ای، مته دندان توپی نیز در طول فرآیند چرخش نیروی برشی ایجاد می کند. هنگامی که مته می چرخد، حرکت نسبی بین دندانه های توپ و سنگ به دندانه های ساچمه ای امکان می دهد سنگ را بریده و خرد کنند. این عمل برشی برای خرد کردن برخی از سنگ‌ها با ساختار لایه‌ای یا شکنندگی کم مؤثرتر است. به عنوان مثال، هنگام استخراج شیل، عمل برشی چرخشی مته دندان توپی می تواند شیل را در امتداد صفحه بستر خرد کند و کارایی استخراج را بهبود بخشد.
3. فیلد برنامه
استخراج در معدن فلزات و غیر فلزات، مته‌های دندانهای گلوله‌ای به طور گسترده برای سوراخ کردن سوراخ‌ها استفاده می‌شوند. به عنوان مثال در معادن سنگ آهن باید از مته گلوله ای استفاده شود تا سوراخی با عمق و قطر معین بر روی بدنه سنگ سوراخ شود و سپس مواد منفجره برای انفجار بارگذاری شود تا سنگ معدن از بدنه سنگ جدا شود. . برای سنگ‌های با سختی‌های مختلف، مته‌های توپی با مشخصات و مواد مختلف انتخاب می‌شوند. برای سنگ‌های با سختی بالاتر، از مته‌های گلوله‌ای با سختی دندان توپی بالاتر و استحکام بدنه مته بیشتر استفاده می‌شود. در ساخت فونداسیون های ساختمانی مانند حفاری پی شمع، می توان از مته های دندانه ای برای حفاری لایه های مختلف از جمله خاک، ماسه و لایه های سنگی استفاده کرد. هنگام مواجهه با لایه‌های سنگی، مته‌های گوی دندان می‌توانند به طور موثر سنگ‌ها را بشکنند تا از حفاری صاف سوراخ‌های شمع اطمینان حاصل کنند. به عنوان مثال، در ساخت فونداسیون شمع ساختمان‌های بلند، مته‌های دندانهای می‌توانند سوراخ‌هایی را سوراخ کنند که الزامات طراحی روی سنگ بستر سخت را برآورده می‌کنند و یک تکیه‌گاه محکم برای شالوده ساختمان فراهم می‌کنند. حفاری نفت و گاز در اکتشاف و بهره‌برداری نفت و گاز، مته‌های گلوله‌ای ابزار حفاری مهمی هستند. هنگام حفاری در لایه‌های سنگی زیرزمینی، مته‌های گوی دندان می‌توانند با لایه‌هایی با سختی‌های مختلف و ساختارهای پیچیده سازگار شوند. این می تواند سنگ های مخازن رایج مانند ماسه سنگ و سنگ آهک را بشکند و به کارگران نفت کمک کند نمونه های نفت و گاز و همچنین عملیات استخراج بعدی را بدست آورند.
4. مزایا و محدودیت ها
مزایا مقاومت در برابر سایش خوب: از آنجایی که دندانه های ساچمه ای از مواد کاربید ساخته شده اند، مقاومت سایشی آنها بسیار بهتر از مته های مته دندانه ای فولادی معمولی است. در طول عملیات مته‌کاری طولانی‌مدت، دندانهای ساچمه‌ای می‌توانند شکل خوب و عملکرد برش خود را حفظ کنند، تعداد تعویض مته‌های مته را کاهش می‌دهند و هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهند. سازگاری قوی: مته های مته دندانه ای می توانند با انواع سختی ها و انواع سنگ ها سازگار شوند. چه گرانیت سخت باشد و چه ماسه سنگ نسبتاً نرم، مته های مته دندانه ای می توانند به طور موثر عملیات حفاری را با تنظیم پارامترهای حفاری (مانند انرژی ضربه، سرعت چرخش و غیره) انجام دهند. محدودیت ها هزینه بالا: از آنجایی که دندان های ساچمه ای از کاربید سیمانی ساخته شده اند و فرآیند ساخت مته نسبتاً پیچیده است، هزینه مته های دندانه ای بیشتر از مته های معمولی است. این امر تا حدی کاربرد آن را در برخی پروژه های کوچک با کنترل دقیق هزینه محدود می کند. الزامات عملیاتی بالا: در طول استفاده از مته های دندانه ای، لازم است که پارامترهای حفاری با توجه به ویژگی های مختلف سنگ و نیازهای حفاری به طور منطقی تنظیم شوند. اگر پارامترها به درستی تنظیم نشوند، ممکن است مشکلاتی مانند سایش بیش از حد دندان های ساچمه ای، آسیب به مته یا راندمان سوراخ کاری پایین ایجاد کند.
