3535

головка поднимается в крайнее верхнее положение, где происходит ее свинчивание с верхней частью второй штанги. После этого нижняя часть второй штанги свинчивается с верхней частью первой буровой штанги. Буровой став, состоящий из двух штанг, готов к последующему бурению.

Процесс бурения буровым ставом, состоящим из двух, трех или четырех штанг аналогично бурению на глубину одной штангой. Также аналогичен процесс наращивания бурового става. После пробуривания скважины на заданную глубину выполняется процесс развинчивания бурового става. Для этого буровой став поднимается в крайнее верхнее положение и происходит развинчивание четвертой штанги от третьей буровой штанги. Далее головка бурового снаряда отвинчивается от четвертой штанги. После того, как четвертая штанга прячется в сепаратор, буровая головка привинчивается к третьей штанге. Процесс отвинчивания третьей и второй штанг аналогичен описанному выше. После окончания развинчивания бурового става при необходимости отвинчивается долото.

Интенсивность бурения взрывных скважин определяется технической скоростью бурения, которая зависит: от свойства породы разрушаться под воздействием бурового инструмента (основной фактор); от вида и формы бурового инструмента, способа, усилия и скорости его воздействия на забой скважины; диаметра скважины и в ряде случаев от ее глубины; способа, скорости и тщательности удаления из забоя буровой мелочи.

Важнейшие свойства горных пород, характеризующие их сопротивляемость разрушению при бурении: контактная прочность, характеризующая сопротивляемость горных пород внедрению инструмента в породу; абразивность, определяющая интенсивность изнашивания долот и их стойкость; предел прочности на сжатие; хрупкопластические свойства.

Для сопоставления пород по буримости (механическим способом) принят относительный показатель трудности бурения породы Пб (по В.В. Ржевскому), в соответствии с которым

горные породы по буримости делятся на пять классов, в каждый из которых входит пять категорий: I класс - легкобуримые (Пб=1-5); II класс - средней буримости (Пб=5.1-10); III класс - труднобуримые (Пб=10.1-15), IV класс - весьма труднобуримые (Пб=15.1-20), V класс - исключительно труднобуримые (Пб=20.1-25). Породы с показателями Пб>25 относятся к внекатегорийным.

Относительную сопротивляемость различных горных пород разрушению при бурении характеризуют ее крепостью /34/. Наиболее широко применяется классификация горных пород проф. М.М.Протодьяконова (табл.5.2). Коэффициент крепости горных пород по шкале проф. М.М.Протодьяконова fкр — это относительный показатель, приближенно характеризующий сопротивляемость пород разрушению (при резании, бурении, взрывании и других процессах).

Таблица 5.2 Классификация горных пород

При расчете мощности электропривода вращателя приходится обращаться к контактной прочности горных пород (табл. 5.3).

Требования к электроприводу вращателя

Для обеспечения заданного технологического цикла работы механизма вращателя электропривод (ЭП) станка должен обеспечивать возможность реверса двигателя вращателя, а также регулирование скорости вращения бурового става, необходимое для подбора оптимальных параметров процесса бурения и вспомогательных операций (наращивание и развинчивание бурового става). Реверс двигателя вращателя осуществляется контактным переключением полярности тока в обмотке возбуждения двигателя.

Электропривод должен иметь высокие экономические и малые массогабаритные показатели.

Таблица 5.3

При проектировании ЭП вращателя бурового станка следует учитывать тяжелые условия его работы: сильная запыленность, вибрации, возможность резкого изменения момента нагрузки при бурении некоторых видов пород.

В настоящее время ЭП вращателя станка СБШ- 250МНА-32 осуществляется двигателем постоянного тока с глубоким регулированием скорости и выполнен по системе: тиристорный преобразователь - двигатель с системой импульсно-фазового регулирования. Двигатель может работать также на повышенных скоростях в зоне ослабленного поля двигателя с автоматически зависимым регулированием тока в цепи обмотки возбуждения для полного использования мощности привода. В качестве тиристорного преобразователя используется агрегат преобразовательный электропривода вращателя бурового станка серии ПЭВ2 –300/460 производства компании ―Объединенная энергия‖.

Важным достоинством системы ТП-Д является ее высокий КПД. Потери энергии в тиристорах при протекании номинального тока составляют 1-2 % номинальной мощности привода. Недостатками тиристорного преобразователя являются изменяющиеся в широких пределах cos и значительные искажения формы

автономный инвертор с широтно-импульсной модуляцией (НВ–АИН с ШИМ). Она обеспечивает высокие энергетические и экономические показатели. При такой структуре формирование напряжения АД, близкое к синусоидальному (коэффициент гармонических искажений не превышает 1%), осуществляется путем изменения скважности прямоугольных импульсов высокой частоты на выходе инвертора в соответствии с синусоидальным законом.

5.2. Критерии оптимизации режимов бурения

Критерии оптимизации режимов бурения

делятся на две группы: технико-экономические и физические. Из технико-экономических критериев наиболее представительными являются экономические затраты и производительность бурового станка. Их формируют более частные показатели - стойкость долота, мощность, скорость бурения, лишь в редких производственных ситуациях имеющие самостоятельное значение. В настоящее время критерий приведенных удельных затрат соответствует постановке задач оптимизации в бурении и согласуется с основными положениями оценки экономической эффективности. При решении задачи управления работающим буровым станком, в частности при выборе режима бурения, капитальные затраты можно рассматривать неизменными. Тогда условие минимизации удельных приведенных затрат совпадает с требованием минимизации технологической себестоимости бурения. Несмотря на то, что экономическая эффективность (критерий S) подвержена значительным изменениям, связанным с

техническим прогрессом, экономическая оценка является наиболее интегральной и надежной. Критерий S соответствует силовым режимам разрушения горных пород, кроме того, он позволяет однозначно определять оптимальные параметры режима при заданных условиях бурения, ценах и нормативных показателях /36/.

(5.1)

где A- затраты на работу станка в единицу времени (машино-час, машиносекунда) без затрат на долота и электроэнергию, является постоянной при заданных экономико-органи- зационных условий бурения станком определенного типа, которая учитывает большинство неуправляемых факторов;

ω - частота вращения долота, с-1;

Рoc - осевое усилие на долото, кН; Сд - стоимость (цена) долота, р.;

Рк - контактная прочность горной породы,

МПа;

θ – коэффициент, характеризующий зависимость интегрального показателя работоспособности долота данного типоразмера от РК, для долот типа Т и ТК показатель θ≈686∙108, для долот типа ОК

а2 - параметры, зависящие от типоразмера долота, численные значения параметров этого уравнения для ряда условий приведены в /36/;

РКМ – максимальное значение контактной прочности буримой породы для используемого долота;

b2 и b4 - параметры, зависящие от типоразмера долота, способ расчета этих параметров по экспериментальным данным приведен в /36/;

tв - удельные цикловые потери времени на вспомогательные операции при бурении, р.

При известной величине контактной прочности горной породы оптимальные параметры режима бурения можно рассчитать по формулам:

- оптимального значения угловой скорости долота

где обозначено

Согласно этим выражениям в /36/ построены зависимости оптимальных значений осевого усилия и угловой скорости долота от его диаметра в породах различной крепости и контактной прочности, приведенные на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Зависимости оптимальных значений осевого усилия угловой скорости долота от его диаметра в породах

различной крепости и контактной прочности:

I – зона долот с зубками, изготовленными из твердых сплавов; II – зона долот с фрезерованными зубьями

На графиках оптимальных расчетных значений ω0 и Р0 для наиболее типичных условий шарошечного бурения нанесено значение предельного осевого усилия Pосmax=300 кН для станка СБШ-250MHA-32 и значения диаметров долот D, используемых на этом станке. Линия Рд соответствует максимально допустимым нагрузкам, установленным для долот типа ОК И.Э. Наринским. Графиком можно пользоваться как номограммой для ориентировочного определения целесообразных режимных параметров.

В соответствии с этими графиками построены зависимости оптимальной скорости вращения долота ωO и оптимальной осевой нагрузки Ро от крепости буримой