К вопросу влияния конструктивного исполнения бурильных установок на технико-экономические показатели бурения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.232

Л.А. Гаврилова

К ВОПРОСУ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ БУРИЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БУРЕНИЯ

Семинар № 16

ш и ерспективы развития буровой

И. техники для бурения скважин в подземных рудниках на мировом уровне связаны с созданием самоходного бурового оборудования. За рубежом самоходное буровое оборудование применяется, как правило, в комплекте с самоходным по-грузочно-доставочным и транспортным оборудованием. Только такие технологические схемы, где во всех звеньях работает самоходное оборудование, позволяют существенно повысить эффективность на буровых работах и упростить перемещение руды от забоя до ствола шахты.

Эффективность бурового оборудования для подземных работ определяется двумя основными параметрами: производительностью и минимальными времени на транспортировку.

Производительность оборудования обусловлена высокими скоростями бурения, коэффициентом эксплуатации оборудования, а также количеством пробуренных шпуров и скважин с минимальными затратами на буровой инструмент, т.е. качеством бурового инструмента.

Минимальные затраты времени на вспомогательные работы связаны с простотой и качеством технического обслуживания.

Основой при выборе схемы бурового оборудования и комплектации буро-проходческого комплекса в целом является технологический процесс. Назначение установки влияет на характер и последовательность операций технологического 322

процесса. В свою очередь, технологический процесс дает возможность классифицировать оборудование по функциональному признаку. Определение функций оборудования позволяет представить установку как техническую систему, применяя методы системного подхода как к проектированию, так и к выбору рациональной схемы оборудования для конкретных условий эксплуатации.

Бурильная установка, как техническая система. включает комплекс технологического оборудования, взаимодействующего с буровым инструментом и другими техническими системами и обеспечивающая технологический процесс проводки шпуров и скважин, создания анкерной крепи.

В конструкции практически любой машины, в том числе и бурильной установки, могут быть выделены следующие группы органов:

• основные исполнительные или преобразующие органы;

вспомогательные органы; энергетические органы (привод); органы управления; органы информации (связи); органы коммуникации. Основные исполнительные или преобразующие органы предназначены для выполнения основных операций технологического процесса, т. е. они непосредственно участвуют в процессе преобразования (технологическом процессе).

К вспомогательным можно отнести органы, предназначенные для выполнения

вспомогательных операций (монтаж-демонтаж, перемещение, механизация работ) и функций (размещение оборудования, освещение).

Энергетические органы обеспечивают привод основных и вспомогательных органов. К ним относятся двигатели и трансмиссия.

Органы информации дают возможность вести контроль за параметрами работы механизмов основных, вспомогательных и энергетических органов, а также за ходом технологического процесса бурения.

Органы управления позволяют осуществлять ручное или автоматизированное управление основными и вспомогательными органами, выбор рациональных режимов выполнения операций технологического процесса.

Органы коммуникации обеспечивают связь с коммуникационными системами рудника или шахты.

Органы, как правило, представляют собой сложные технические системы, в свою очередь, состоящие из комплекса механизмов. Объединение отдельных механизмов в органы бурильной установки производится по принципу их участия в выполнении конкретной технологической операции. В связи с этим одни и те же механизмы установки могут быть составной частью нескольких органов.

На рисунке приведена органоструктура бурильной установки (БУ), позволяющая представить бурильную установку как техническую систему во взаимодействии органов бурильной установки посредством их взаимосвязей с технологическим процессом бурения шпуров (скважин) и некоторыми внешними техническими системами.

К основным исполнительным (преобразующим) органам бурильной установки относятся:

• буровой инструмент (БИ) (долота, коронки, штанги);

• бурильная машина (БМ) (сверла, перфораторы);

• система подачи (СП) (податчики);

• система установки и удержания (СУ и У) (стрелы манипуляторов с гидроцилиндрами управления);

• система очистки забоя шпура или скважины (СОЗ).

Энергетические органы БУ представлены двигателями (электрическими, гидравлическими и пневматическими) с преобразователями энергии. Энергетические органы приводят в действие преобразующие органы и вспомогательные, такие, как органы монтажа-демонтажа (ОМД).

К вспомогательным органам можно отнести:

• монтажную и транспортную базу (М и ТБ);

• органы монтажа-демонтажа (ОМД);

• органы техники безопасности (ОТБ);

• органы эргономики труда (ОЭТ).

Все органы и технические системы взаимодействуют друг с другом и с технологическим процессом посредством связей. Связи взаимодействия подразделяются на:

• материальные (М);

• информационные (И);

• энергетические (Э).

Рассмотрение бурильной установки по

функциональному назначению органов позволяет составить функциональную классификацию элементов. Синтез элементов во взаимосвязи с технологическим процессом позволяет выявить возможность совмещения выполняемых функций в одном структурном элементе.

Выбор рациональной структуры установки для конкретных условий эксплуатации позволит существенно повысить эффективность БУ и технологического процесса в целом. Это повышение можно осуществить следующими

Человек

_[ТУ

ГТУ

VI

Органы коммуникаций

II

Энергетические органы

двигатель

преобразователь энергии

БИ БМ СП СУиУ СОЗ ОМД

Органы информации

IV Органы управления

----

М

XI

III Вспомогательные органы

МиТБ ОМД ОТБ ОЭТ

I Преобразующие органы

БИ БМ СП СУиУ СОЗ

м1и[э! Скважина (шпур)

порода Технологический процесс

Тоннели (камеры)

Анкерная крепь

Э <•-----* И 2 ТС (Технические системы)

Энерго- и материалообеспечение

Служба исследования

м Ремонт и сервисное обслуживание

<--> Диспетчерский контроль

Другие ТС

способами: модернизацией существующего оборудования; созданием качественно нового оборудования; выбором установки, наиболее полно удовлетворяющей требованиям технологического процесса с учетом взаимосвязей в технической системе.

Модернизация оборудования заключается в техническом совершенствовании действующего оборудования в соответствии с современными требованиями путем конструктивного улучшения приспособлений. Модернизация оборудования часто позволяет при относительно небольших затратах повысить эксплуатационные показатели машин и удлинить экономически целесообразный срок использования основных фондов. Она способствует интенсификации технологических режимов, повышению уровня механизации и автоматизации, улучшению экономических показателей.

Создание качественно нового отечественного оборудования в последние годы сопровождается определенными трудностями, связанными с трудоемкими и дорогостоящими работами в цепочке научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций, а также с финансированием машиностроительных заводов.

В современных условиях отечественные рудники ориентируются на широкое применение импортной самоходной техники, внедрение высокоэффективной конкурентоспособной технологии добычи.

Системный подход к рассмотрению оборудования буровзрывного комплекса позволяет существенно увеличить эффективность его применения. Для разработки методики выбора рациональной структуры бурильной установки необходимо комплексно рассмотреть влияние конструктивных элементов на технико-экономические показатели машин.

Технико-экономическими показателями бурильных установок для подземных работ в современных условиях являются:

1) эксплуатационные:

• производительность установки;

• надежность в работе, долговечность, удобство обслуживания, степень механизации;

• транспортабельность, удобство и быстрота монтажа-демонтажа;

• габариты и масса входящих в установку элементов, масса установки в целом;

2) технологические:

• трудоемкость и стоимость изготовления элементов бурильной установки;

• сложность замены быстро изнашивающихся деталей;

• степень унификации узлов;

3) экономические:

• себестоимость бурения;

• капитальные затраты;

• годовой экономический эффект;

• срок окупаемости дополнительных капиталовложений;

• производительность труда;

• условное высвобождение рабочих;

• снижение материальных затрат;

• снижение энергетических затрат.

Распределение показателей по значимости производится с учетом ранжирования критериев развития техники. Решение многокритериальных задач представляет собой сложный процесс, поэтому при выборе схемы бурильной установки для подземных условий необходимо определить наиболее значимый для конкретных условий эксплуатации критерий. Дальнейшие исследования необходимо проводить, определяя взаимосвязи конструктивных и режимных параметров и их влияние на выбранный показатель рабочего процесса. К конструктивным параметрам можно отнести группы органов и варианты их исполнения. Режимные параметры характеризуют технологический процесс, устанавливая уровень энергетического (силового) воздействия на объект. Показатель - это качественная и количественная характеристика хода и результата технологического процесса бурения. Определенное сочетание параметров и факторов, при которых происходит бурение, - режим бурения.

Одним из основных показателей технологического процесса является производительность бурильной установки. В результате предварительных исследований влияния конструктивных параметров бурильной установки на производительность было выявлено следующее:

• существенное влияние на повышение производительности оказывают преобразующие органы (тип бурильных машин, конструкция системы подачи, система очистки забоя, в т. ч. подвод очистного агента, стойкость бурового инструмента);

• правильный выбор типа и параметров энергетических органов позволяют повысить также и качество технологического процесса;

• среди вспомогательных органов на производительность бурильной установки в большей степени влияет тип ходового оборудования;

• при выборе конструкции различных органов бурильной установки необ-

ходимо учитывать взаимосвязи как между группами органов установки, так и между бурильной установкой, технологическим процессом и другими техническими системами рудника;

• технологический процесс является необходимым и определяющим при комплектации оборудования;

• состав оборудования бурильной установки зависит от горно-технологических (ГТУ), горно-геологических (ГГУ) условий работы оборудования, а также квалификации буровой бригады.

Разработка конструктивной классификации бурильных установок позволит наиболее полно отразить взаимосвязь конструктивных и режимных параметров, их влияние на технико-экономические показатели бурения. Разработка методики выбора рациональной схемы БУ позволит автоматизировать этот процесс для обеспечения эффективности буровзрывного комплекса в конкретных условиях эксплуатации.

— Коротко об авторах -

Гаврилова Л.А. - кандидат технических наук, доцент, Уральский государственный горный университет.