Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

внедрить асинхронный привод с фазовым управлением, релейную систему и асинхронный вертикальный каскад. Важным достоинством регулируемых приводов переменного тока является возможность непосредственного включения в сеть в случае выхода их строя аппа­ ратуры управления и работать как с нерегулируемым приводом.

Оснащение буровых установок регулируемых приводами хотя и вызывает усложнение электрооборудования и увеличение его сто­ имости, в то же время в конечном итоге приводит к улучшению конструкции буровых станков и позволит автоматизировать управ­

чрезвычайно сложно. Поэтому создание самонастраивающейся системы управления процессом бурения необходимо рассматривать как важный этап в повышении эффективности буровых станков, поскольку ручное управление параметрами режима бурения из-за ограниченных физических возможностей оператора к восприятию и анализу текущей информации не всегда гарантирует правильность ведения процесса бурения.

Объектом автоматического управления 1 (рис. 149) является сложная динамическая система, которую можно представить как си­ стему буровой станок — бурильная колонна — коронка — забой. Эта система имеет три основных входных регулируемых параметра: скорость вращения породоразрушающего инструмента ѵк, осевую нагрузку на коронку С и количество нагнетаемой к забою промы­ вочной жидкости Q.

Кроме входных параметров, состояние объекта управления опре­ деляется также выходными переменными параметрами. К послед­ ним следует отнести проходку h или ее производную во времени —

механическую скорость ѵы = , потребляемую мощность N и кру­

тящий момент М.

Выходные параметры являются сложными функциями, завися­ щими от физико-механических свойств буримой горной породы, со­ стояния породоразрушающего инструмента, входных параметров и т. д. В случае бурения пород со случайно изменяющимися механи­ ческими свойствами выходные параметры вообще не могут быть опре­ делены как функции времени.

К возмущающим воздействиям относят изменение физико-меха­ нических свойств пород, износ коронок, степень очистки забоя и т. д.

Управляющая система 5 при помощи датчиков 2, 3 к 4 получает информацию о значениях выходных параметров, характеризующих состояние управляемого объекта в определенные моменты времени, преобразует эту информацию и вырабатывает управляющие сиг­ налы І с , / у , I Q . Эффективность достижения управляемым объектом цели управления характеризуют показатели эффективности Е, за­ висящие от выходных параметров.

Цель управления будет достигнута, если управляющие сигналы І с, I у , I Q обеспечивают экстремальное значение показателя эффек­ тивности Е, совместимое с ограничивающими условиями и динами­ кой объекта управления.

Если объект управления имеет экстремальные характеристики и если желательно, чтобы его работа осуществлялась в экстремаль­ ных точках,,то в качестве показателя эффективности может быть выбран показатель экстремума.

Таким образом, регулируемые приводы принципиально позво­ ляют применить систему автоматической настройки скорости вра­ щения породоразрушающего инструмента, что в сочетании с опти­ мальной осевой нагрузкой и промывкой обеспечит наибольшую эф­ фективность бурения.

УДАРНО-КАНАТНОЕ БУРЕНИЕ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Ударно-канатное бурение применяется при проходке разведоч­ ных скважин на россыпных месторождениях и месторождениях вкрапленных руд цветных металлов, при инженерно-геологических

игидрогеологических изысканиях, при сооружении скважин для добычи подземных вод, для взрывной отбойки руды и камня на карьерах и при бурении скважин больших диаметров (500—1000 мм

иболее) специального назначения (для вентиляции, доставки кре­ пежных материалов и монтажа трубопроводов при горных работах, сооружения мостовых опор, установки свай и др.).

Разведочные скважины проходятся обычно небольших диамет­ ров (100—200 мм) и глубиной до 50—100 м; скважины гидрогеологи­ ческие и для добычи воды имеют диаметр от 150—250 до 1000 мм, глубиной до 200 м; скважины специального назначения имеют обычно большие диаметры от 500 до 1000 мм и более при глубине до 400 м.

Размеры диаметров скважин и глубина определяются в зависи­ мости от целей и задач их проходки и горно-геологических условий в месте бурения.

При проходке скважин в неустойчивых породах (рыхлых, мяг­ ких и трещиноватых скальных породах) стенки скважин закреп­ ляются обсадными трубами; при разведке и при добыче подземных вод участки скважин, вскрывающие зернистые и сильно трещино­ ватые водосодержащие породы, перекрываются фильтрами, предот­ вращающими проникновение в скважину горной породы вместе

с водой.

Существенная особенность ударно-канатного бурения заклю­ чается в том, что рабочий инструмент для разрушения породы и из­ влечения разрушенной породы на поверхность земли подвешивается на канате, вследствие чего спуск его в скважину для работы и подъем для замены и освобождения от породы производится с большой ско-

ростью (1,5—2,0 м/с); поэтому время на спуско-подъемные операции, даже при глубоких скважинах, составляет несколько минут (2—10), в то время как при всех способах бурения с бурильными трубами время на один спуско-подъем снаряда измеряется часами.

дого удара поворачивается на некоторый угол. Таким образом, чтобы образовать слой сколотой породы по всей площади забоя, надо произвести несколько ударов.

§ 2. ИНСТРУМЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ

Основным забойным инструментом является долото (рис. 151), состоящее из головки 1, корпуса 2 с боковыми желобами 3, конус­ ного резьбового замка 5, ниже которого на шейке имеются выемки 4 для ключей при свертывании долота с ударной штангой.

В зависимости от прочности, трещиноватости и абразивности горных пород применяются резличные по конструкции долота.

На рис. 151, а изображено зубильное долото для бурения мягких и нетрещиноватых по­ род средней крепости. Головка долота имеет несколько боль-

гл ший размер (по диаметру), чем ^ корпус, с целью предотвраще­ ния заклинки корпуса долота.

При бурении крепких не-

^трещиноватых пород применя­ ются долота фасонные — копы­

При бурении трещиноватых пород применяются долота с длин­ ными боковыми перьями, или крестовые (рис. 151, б).

Угол приострения лезвия при бурении мягких пород прини­ мается —#0°, для крепких пород он увеличивается до 120°.

Долото изготовляется поковкой или литьем из углеродистой стали (углерод 0,65—0,7; марганец 0,6—0,9 при низком содержании серы и фосфора); обычно из стали марки У-7.

При бурении особо крепких пород для повышения стойкости лезвий в нижнюю часть головок долот вваривают лезвия из более износостойких сталей повышенного качества.

После поковки долота нагреваются при температуре 750—770 °С, а затем отжигаются при медленном охлаждении в печи.

Лезвия долот закаливаются на высоту, равную полуторной его толщины. Температура нагрева перед закалкой в зависимости от сорта стали составляет 760—780 °С. Закалка производится в проточ­ ной воде при температуре 16—20 °С. Нагрев долот перед закалкой наиболее целесообразно производить в электродно-солярных ваннах для более равномерного нагревания и возможности более точного регулирования температуры нагрева.