книги из ГПНТБ / Иванин В.Т. Основы автоматизации производства на карьерах учебник

удельную металлоемкость машин на 40% и удельные капиталовло­ жения на 30%.

По данным института УкрНИИПроект годовой объем работ, приходящийся на долю комплексов машин непрерывного действия, в ближайшее время должен быть доведен до 2,15 млрд м3,что составят более 30% общего объема горных работ на карьерах. Для вы­ полнения таких объемов горных работ потребуется более 200 на­ званных комплексов производительностью 8000—10000 м3/ч.

Применение такого количества мощных комплексов машин не­ прерывного действия обусловливает необходимость перехода к ком­ плексной механизации и автоматизации всего технологического процесса па карьерах как основного фактора экономической эффек­ тивности производства.

Основными показателями экономической эффективности ком­ плекса машин непрерывного действия являются его производитель­ ность, совокупность затрат на эксплуатацию и ремонт, удельный расход электроэнергии и другие.

Технико-экономические показатели комплексов зависят в основ­ ном от таких же показателей входящих в их состав роторных экска­ ваторов. Поэтому проблема повышения производительности ком­ плекса как основного технико-экономического показателя связана с обеспечением оптимального использования экскаватора.

Основным критерием оптимальности является максимум техни­ ческой производительности, для достижения которого необходимо, с одной стороны, обеспечить максимально возможную производитель­ ность при выполнении рабочих операций и, с другой стороны, сокра­ тить время вспомогательных операций и устранить непроизводи­ тельные потери времени.

Согласно статистическим данным, полученным ИГД им. А. А. Скочинского на Юрковском карьере, падение производительности за счет потерь времени при ручном управлении даже при отсутствии затрат времени на исправление формы забоя и откоса составляет примерно 6%.

Внедрение систем автоматического регулирования и програм­ много управления роторным комплексом на Запорожском карьере треста Орджоиикидземарганец позволило повысить производитель­ ность комплекса примерно на 18% и обеспечить годовую экономию в сумме 230,3 тыс. руб. При этом срок окупаемости затрат на автома­ тизацию составил 1,1 года.

На Михайловском карьере КМА находится в промышленной эксплуатации система автоматического управления процессом экска­ вации роторного экскаватора ЭРГ-400/1000, которая позволила повысить производительность экскаватора примерно на 14%.

Применение систем автоматического управления и регулирова­ ния роторных экскаваторов, как показывает опыт эксплуатации, улучшает организацию труда, увеличивает производительность ком­ плекса, облегчает труд машиниста, повышает культуру производства и снижает себестоимость вскрыши полезного ископаемого.

150

§ 59. Технологические основы автоматизации бурения скважин

Автоматизация процессов бурения взрывных скважин может бытьосуществлена в полной мере только при условии разработки методов и технических средств автоматического управления на основе опти­ мальных технологических критериев по всем основным процессам открытых горных работ.

В настоящее время ведутся разработки методов и. технических средств по автоматическому управлению работой бурового станка независимо от других процессов. Оптимальные критерии бурения,. схемы и методы автоматического управления устанавливаются для конкретных способов бурения и конкретного породоразрушающего инструмента. В качестве таких критериев принимают чаще всегоминимум времени, затрачиваемого па бурение скважин, а также тех­ нико-экономические показатели буровых работ.

Автоматизация процессов бурения скважин достигается при не­ прерывном вращательном бурении проще, чем при других его видах.

на инструмент, скорости вращения, способа и условий удаления буровой мелочи), соответствия конструкции и типа бурового инстру­ мента показателям буримых горных пород и от общей организации работ.

К параметрам, в первую очередь определяющим техническую и экономическую эффективность процесса бурения, относятся ско­ рость вращения и осевое усилие. Автоматизация процесса бурения сводится пока к регулированию этих двух параметров на основе анализа механических и электрических характеристик станка в про­ цессе бурения. Скорость вращения бурового инструмента можно ре­ гулировать в зависимости от усилия его подачи на забой, а послед­ нее — в зависимости от величины нагрузки двигателя станка.

Между величиной нагрузки на долото и скоростью разрушения горных пород имеется определенная зависимость: чем выше нагрузка на долото (на забой), тем эффективнее разрушение пород, тем больше скорость проходки. При работе в крепких горных породах стремле­ ние к максимально допустимым нагрузкам на долото является одним из существенных факторов интенсификации процесса бурения.

Нагрузка на долото обусловлена подачей бурового инструмента. Подача должна быть плавной и непрерывной, причем такой, чтобы удельное давление долота на забой превышало сопротивляемостьгорных пород разрушению и обеспечивало наиболее эффективную скорость их разбуривания. На этом принципе основан экстремумрегулятор подачи долота, который измеряет и запоминает скорость, подачи, вводит изменение осевой нагрузки и после установления режима снова измеряет и запоминает новое значение скорости подачи..

151

Сравнение указанных скоростей приводит к выработке рабочего импульса подачи с учетом знака изменения скорости. Для правиль­ ного регулирования указанных параметров необходимо знать их истинные значения в процессе буреппя, что может быть достигнуто при непрерывном телеизмерении забойных параметров. Забойный датчик должен информировать о действительных значениях осевой нагрузки и вращающего момента непосредственно у долота в забое скважины п передавать эту информацию на контрольные аппараты. При этом конструкция датчика должна обеспечивать падежную его работу при вибрации и ударных нагрузках. Погрешность измери­ тельной системы не должна превышать ±2,5%, а минимальное зна­ чение осевой нагрузки, на которое реагирует датчик, не должно превышать 1 тс. Однако надежные забойные датчики, способные обеспечить постоянную передачу сигналов из забоя скважины о фи­ зических свойствах пород и условиях бурения, пока еще не созданы.

Изучение на основе автоматизации основных параметров режима бурения — веса бурового инструмента и нагрузки на долото, подачи инструмента, расхода воздуха, мощности, затрачиваемой на бурение, и некоторых других — позволит установить оптимальный режим

ирациональные скорости буреппя на различных участках скважины.

§60. Аппаратура и устройства автоматизации буровых станков

Современные буровые станки в зависимости от назначения и ко­ личества электродвигателей имеют различные по сложности и насы­ щенности аппаратурой схемы управления.

Наиболее простые схемы управления электродвигателями исполь­ зованы на станках канатно-ударного бурения. В связи с этим такие станки оборудованы простой, ио надежной аппаратурой управления, перечень которой сравнительно небольшой. Здесь нашли применение магнитные реверсивные пускатели, кнопочные посты, контроллеры и другая аппаратура ручного управления.

Более сложные схемы управлеппя электродвигателями исполь­ зованы на станках вращательного буреппя. Так, например, на станке СВБ-2 для управления двигателем хода и подъема исполь­ зован реверсивный магнитный пускатель ПМВР-1441, а для управ­ ления двигателем вращателя — нереверсивный магнитный пуска­ тель ПМВ-1357. В цепь питания катушки магнитного пускателя ПМВР-1441 включен контакт концевого выключателя, обеспечива­ ющий отключение двигателя при подъеме вращателя в крайнее верхнее положение. При включении электродвигателя подъема (хода) происходит автоматическое растормаживание механизма с по­ мощью электромагнита тормоза.

Станки вращательного бурения СБР-160 кроме электрических приводов (вращатель, ходовой механизм и др.) оборудованы гидра­ влическими поршневыми приводами (подача бурового става, подъем и опускание мачты и др.), управление которыми осуществляется дистанционно с пульта управления включением и отключением

152

соответствующих гидравлических реверсивных золотников с элек­ тромагнитными соленоидами.

Релейно-контакторная аппаратура управления, переключатели, кнопочные посты и другая аппаратура смонтированы на силовом щите, панелях н пультах управления. Кроме трех пультов, располо­ женных в кабине машиниста, имеется наружный пульт, с помощью которого машинист, находясь за пределами кабины, может дубли­ ровать главные операции по управлению приводами станка.

Станки пневмоударного бурения 1СБУ-125, СБУ-160, СБУ-200 подобно станкам СБР кроме релейно-контакторной аппаратуры управления и защиты оборудованы гидросистемой, включающей гидроприводы, насосы, электромагнитные золотники, предохра­ нительные клапаны и другую гидравлическую аппаратуру. Так как для пневмоударников перечисленных станков используется энергия сжатого воздуха, станки оборудуются компрессорными станциями и пиевмосистемой, содержащей аппаратуру управления и контроля (электромагнитные вентили, манометры, датчики и др.).

Станки шарошечного бурения в настоящее время являются наиболее автоматизированными буровыми установками. Здесь для управления электродвигателями многодвигательного привода ис­ пользована самая различная аппаратура и специальные автомати­ ческие устройства: электромашинные усилители, тиристорные пре­ образователи, автоматические выключатели, реле, датчики и др. Бфотла промышленное испытание система автоматического управле­ ния режимом бурения с дроссельным регулируемым электроприво­ дом двигателя вращателя на станке 2СБШ-200 (Сарбайский карьер ССГОК) 1, а также испытан прибор ПАЗС-1 для автомати­ ческой записи непосредственно на станках шарошечного бурения механической скорости бурения в функции от глубины скважины 21.

На станках огневого бурения СБО-160/20 и СБО-160/40 кроме описанной аппаратуры и устройств автоматизации для системы питания горелки применяются ротаметры, регулирующие гидропри­ воды и регулирующие клапаны, самопишущие приборы и другая аппаратура, устройства и контрольно-измерительные приборы.

Для автоматизации управления, контроля и сигнализации на станках огневого бурения применяются также электромагнитные муфты, тахогенераторы, стабилизаторы напряжения, электрические звонки и другая аппаратура.

В кабине машиниста сосредоточены вся аппаратура цепей упра­ вления станком и показывающие приборы, за исключением пульта управления передвижением, пульта подъема и установки мачты. Эти пульты находятся с наружной стороны кузова, что создает удоб­ ства для выполнения операций передвижения станка, а также подъ­ ема, опускания и установки мачты. Аппаратура и приборы разме­ щены на трех панелях, расположенных на стенках кабины машиниста.

153

§ 61. Автоматизация станков шарошечного бурения

Наиболее массовыми станками, работающими в самых различных горно-геологических и климатических условиях, являются станки тппа СБШ конструкции института Гипроуглеавтоматизация.

Станок 2СБШ-200 имеет привод вращателя на постоянном токе по системе Г—Д с ЭМУ, а приводы вспомогательных механизмов (вентиляторов, насосов, компрессоров и др.) — па переменном токе ■с асинхронными двигателями.

Рис. 105. Принципиальная схема управления приводом вращателя станка

2СБШ-200

На рис. 105 показана схема управления приводом вращателя

'Станка 2СБШ-200. Привод имеет двигатель Д постоянного тока, для питания которого и цепей управления служит трехмашинный пре­ образовательный агрегат, состоящий из генератора Г с независимым возбуждением, возбудителя В и приводного асинхронного двига­ теля. Питание обмотки возбуждения ОВГ генератора осуществляется от электромашинного усилителя ЭМУ, а цепей управления — от генератора.

Электрическое регулирование скорости вращения двигателя вра­ щателя при постоянном моменте может осуществляться в пределах от 180 до 900 об/мин. Обмотка электромашинного усилителя ЭМУ-3 является задающей и включена на постоянное напряжение через контакты линейного Л и реверсивных В и Н контакторов. В цепи этой обмотки имеется установочное сопротивление С14, ограничи­ вающее ток в обмотке ЭМУ-3 до величины, при которой скорость вращения двигателя Д равна 900 об/мин. Обмотка ЭМУ-1 является ■обмоткой жесткой отрицательной связи по скорости вращения

154

двигателя Д', она включена в диагональ тахометрнческого моста, плечами которого являются: обмотка якоря двигателя, обмотки дополнительных полюсов двигателя и генератора и участки сопро­ тивлений потенциометра С2- Регулирование скорости вращения двигателя вращателя производится с помощью регулятора PCP (сопротивления С17), включенного в цепь обмотки ЭМУ-1- С увели­ чением сопротивления С17 обратная связь ослабляется и скорость вращения двигателя увеличивается, и наоборот. Для повышения устойчивости системы управления приводом применена гибкая обрат­ ная связь с использованием обмотки ЭМУ-2, которая включена в диагональ динамического моста. Плечами этого моста являются обмотка возбуждения ОБГ генератора, сопротивление С7 и участки сопротивлений потенциометра С8.

Ограничение пиков тока при пуске и торможении двигателя вращателя осуществляется с помощью вибрационного токовогореле РТ, которое имеет ток срабатывания, равный 1,6/„, и ток возврата, равный 0,717,,. При срабатывании реле (при 7ср = 1,67„) контакт реле РТ размыкается и в цепь задающей обмотки ЭМУ-3' вводится сопротивление С6. Это ведет к снижению тока в обмотке- ЭМУ-3 и напряжения на генераторе и, следовательно, к снижению, тока в главной цепи. При снижении тока в главной цепи двигателя, вращателя до 0,717„ размыкающий контакт РТ замкнется и зашунтирует сопротивление С6. Напряжение генератора и ток в главной цепи привода при этом вновь возрастут. В схеме привода имеется максимальная токовая защита РМ и защита от обрыва поля дви-. гателя РОП.

Электрооборудование и схемы управления электроприводами: станков БСШ-ІМ и БСШ-2м аналогичны электрооборудованию и схеме привода станка 2СБШ-200. В отличие от указанных станков, станок СБШ-250 имеет привод вращателя переменного тока.

Управление контакторами осуществляется кнопочными постами управления и ключами управления. Применены обычные схемы кон-, такториого управления приводами с асинхронными двигателями. Двигатель вращателя имеет тепловую защиту, максимальную токо-. вую мгновенного действия и максимальную защиту от кратковре­ менных перегрузок, действующую с выдержкой времени на отклю­ чение. Остальные двигатели имеют тепловую или максимальную, токовую защиту. Кроме того, двигатели имеют групповые макси-, мальные токовые защиты с помощью автоматических выключателей.

На рис. 106 изображена принципиальная схема управления авто­ перехватом штанг в процессе бурения. Для работы в автоматическом режиме необходимо универсальный переключатель УП1 поставить в положение I («Бурение»), а затем нажатием кнопки К20 включить ротор на цикл бурения, продолжительность которого определяется длиной одной штанги, с автоматическим перехватом штанги патроном через каждые 1000 мм по мере углубления скважины. При этом включается реле автоматической подачи РАП, которое cáMOÓnoKiiруется и подготавливает цепи автоматического перехвата к работе.

155.

Рассмотрим работу схемы с момента начала очередного перехвата, т. е. когда патрон находится в крайнем нижнем положении своего рабочего хода, которое контролируется выключателем КВСН.

При срабатывании конечного выключателя КВСН его размыка­ ющий контакт отключает реле PB, РАБ, РТЛ и электромагниты гндрозолотнпков ЗПП, ЗПН, а замы­ кающий контакт включает реле РП1.

мыкающим контактом, в свою очередь, включает в работу двигатель Д, а размыкающим контактом отключает электромагнит гидрозолот­ ника ЗЗП (см. рис. х06).

Реле РАБ с выдержкой времени, на 2—3 сек большей, чем у реле PB, своим замыкающим контактом включает реле РТЛ, которое включает тормоз лебедки и электромагнит ЗПН гидрозолот­ ника подачи патрона вниз, что обеспечивает пуск двигателя Д без нагрузки. После достижения патроном крайнего нижнего положения цикл перехвата повторяется.

На последнем цикле перехвата, в том случае, если оставшийся конец штанги меньше рабочего хода патрона, толкатель, укрѳплен-

150

ньтй на вертлюге, нажимает на конечный выключатель KBUI, уста­ новленный па патроне, что приводит к включению промежуточного реле РП2, которое в этом случае выполняет ту же функцию, что и конечный выключатель КВСВ. После достижения патроном край­ него нижнего положения реле РАП отключается и загорается крас­ ная лампа ЛК, сигнализирующая об окончании бурения скважины па глубину одной штанги.

Схемой управления электроприводами компрессоров предусмотрено автоматическое отключение двигателей с помощью реле давления AK-ИВ при достижении общего давления в пневмосистеме свыше 7 кгс/см2.

Автоматический контролъ давления масла в картерах компрес­ соров и редукторе привода вращателя, а также контроль темпе-' ратуры в маслобаке гидросистемы осуществляются с помощью соот­ ветствующих датчиков и показывающих приборов.

Электрооборудование и схемы управления электроприводами станка СБШ-250МН были усовершенствованы на основе опыта экс­ плуатации станков СБШ-250 и исследований, выполненных инсти­ тутом Гипромашобогащение.

На станке СБШ-250МҢ применен верхний подвижный привод с плавно регулируемым вращением бурового става в пределах 30— 150 об/мин от двигателя постоянного тока, для питания которого применен малогабаритный тиристорный преобразователь тока, раз­ работанный институтом ВНИИЭлектропривод, что позволило увели­ чить скорость вращения бурового става при одновременном плавном ее регулировании.

§ 62. Основные правила эксплуатации автоматизированных буровых станков

Непрерывное совершенствование систем автоматического упра­ вления буровыми станками, их сложность, насыщенность аппара­ турой и специальными устройствами требуют систематического повышения квалификации обслуживающего персонала и строгого соблюдения правил технической эксплуатации.

Наравне с другими подвижными электротехническими установ­ ками автоматизированные буровые станки должны быть обеспечены инструкцией по эксплуатации, журналом для записи сдачи-приемки смены, показаний измерительных приборов, отметок о неисправно­ стях и принятых мерах по их устранению. На буровых станках должны быть также противопожарные и защитные диэлектрические средства.

К управлению автоматизированными буровыми станками допу­ скаются лица, прошедшие специальный курс технического обучения и имеющие соответствующие удостоверения.

Машинист бурового станка и его помощник должны постоянно следить за исправностью приборов, аппаратуры и других устройств и при обнаружении неисправности обязаны принять меры для ее

157

устранения. Правильная эксплуатация электрооборудования и свое­ временное устранение замеченных неполадок обеспечивает надежную безаварийную работу буровых станков.

При эксплуатации электрооборудования необходимо:

а) вести общее ежесменное наблюдение за состоянием электро­ оборудования;

б) систематически производить технический осмотр и профилак­ тический ремонт.

Перед каждой сменой машинист, принимая станок, обязан произ­ водить внешний осмотр электрооборудования. При осмотре вы­ является, нет ли каких-либо повреждений аппаратуры управления, тормозов и электрических машин (обрыв проводов, целость аппаратов и машип и т. д.). После внешнего осмотра производится пуск станка вхолостую, при этом проверяется правильность работы электрообо­ рудования.

Технические осмотры электрооборудования, учитывая тяжелые условия работы станка, должны проводиться не реже одного раза в десять дней. Технический осмотр производится в следующем по­ рядке;

1)осматривается аппаратура управления;

2)осматриваются электродвигатели и другое электрооборудова­

ние непосредственно у механизмов; 3) производится опробование механизмов и действия конечных

выключателей.

При технических осмотрах чистят электрооборудование от за­ грязнения; проверяют состояние коллекторов и щеток машин по­ стоянного тока; проверяют состояние контактов аппаратуры управле­ ния и защиты, надежность подсоединения проводов и кабелей к элек­ тродвигателям, аппаратуре и клеммникам; проверяют сопротивление изоляции всего электрооборудования относительно корпуса, надеж­ ность заземления, а также надежность механического крепления электрооборудования.

Регулирование и наладку электроаппаратуры и приборов необ­ ходимо производить в соответствии с требованиями технологического процесса буренпя и специальных инструкций по их наладке и регу­

лированию.

При эксплуатации, наладке и ремонте электроаппаратуры и сило­ вого оборудования необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, а также правила противопожарной безопасности.

§ 63. Технико-экономические показатели работы автоматизированных буровых станков

Автоматизация процессов бурения взрывных скважин заклю­ чается в автоматическом регулировании параметров процесса таким образом, чтобы при любой крепости буримых пород достигались наиболее эффективная в данных условиях скорость бурения, наи­ большая производительность станка, выполнение планового объема

158

бурения в заданный срок при минимальных трудовых и материаль­ ных затратах.

Как уже отмечалось, к параметрам, в первую очередь опреде­ ляющим техническую и экономическую эффективность процесса бурения, относятся скорость вращения бурового инструмента и осе­ вое усилие. Поэтому основные технические разработки по автомати­ зации буровых станков направлены на оптимизацию именно этих параметров.

Научно-исследовательскими и проектными институтами совместно с коллективами технических служб крупных карьеров в настоящее время выполнен ряд работ по созданию эффективных систем авто­ матического управления процессом бурения.

Разработанная Северо-Кавказским филиалом СКВ Цветметавтоматика в сотрудничестве с научно-исследовательским и проектно­ конструкторским институтом по добыче полезных ископаемых от­ крытым способом (НИИОГР) система автоматического управления режимами шарошечного бурения дала возможность при использо­ вании станков 2СБШ-200 повысить их производительность на 10— 12% при одновременном повышении стойкости долот на 30—45%, что в целом позволило снизить затраты на проходку скважин до 76—88%. Годовая экономия от применения названной системы авто­ матического управления в расчете на один станок составляет более 8 тыс. руб, а трудовые затраты на проходку скважин сократятся примерно на 7—10%.

Основные технические разработки по автоматизации станков ударно-вращательного и огневого бурения направлены на создание систем автоматического управления, сокращающих непроизводи­ тельные затраты рабочего времени на вспомогательные операции и обеспечивающих оптимальный режим процесса бурения. Так, применяемая на станке СБУ-200 система автоматического регули­ рования скорости подачи в зависимости от скорости бурения позво­ лила в значительной степени оптимизировать режим бурения этого станка; система автоматического поддержания заданного расстояния между горелкой и забоем, применяемая на станке СБО-160/20, позволила сократить затраты времени по управлению этим процес­ сом пріг одновременном обеспечении эффективности бурения. Исполь­ зуемая на этом же станке система автоматического поддержания заданного соотношения компонентов топлива позволяет сократить расход кислорода и горючего, увеличить срок службы горелки, а также вести режим при оптимальном процессе бурения.

Развитие карьерного хозяйства, включающего большое число буровых станков и вспомогательных служб, требует создания и внед­ рения телемеханических средств контроля за работой бурового обо­ рудования и сбора информации о состоянии работ на рассредоточен­ ных участках.

Разрабатываемые системы телеконтроля и телеуправления должны обеспечить прием и передачу основных параметров, характеризу­ ющих процесс бурения. При этом информация, поступающая на дис-

159