АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом одним из основных производственных процессов являются буровзрывные работы, стоимость которых составляет 16 – 36% от общей стоимости добытой горной массы. Наибольшее распространение получил шарошечный способ бурения (75-85% всего объёма буровых работ).

Автоматизация буровых станков шарошечного бурения осуществляется по следующим направлениям: автоматическое управление режимом бурения, обеспечивающего оптимизацию некоторого критерия; автоматическое управление вспомогательными операциями (перехват и наращивание штанги, наклон мачт и др.), автоматический контроль работы бурового станка с передачей информации на диспетчерский пункт по проводным линиям связи или радиоканалу; дистанционное управление перемещением бурового станка; автоматическая защита бурового станка от перегрузок и аварий.

Для буровых станков 2СБШ-200 в 70-е годы была создана система автоматизации «Режим 2НМ», в которой в качестве критерия оптимальности принята минимальная стоимость бурения. В этом случае алгоритм управления режимными параметрами в зависимости от крепости буримых пород имеет следующий вид:

n=a_n/f;

F_ос=a_ff;

V_б=a_v/f,

где n, F_ос, V_б – частота вращения долота, осевая нагрузка на долото, скорость бурения;

a_n, a_f, a_v – постоянные коэффициенты, зависящие от крепости буримых пород, конструкции шарошечного долота и других условий;

f – крепость буримой породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Соответствующие графики изменения режимных параметров от крепости буримых пород, соответствующие алгоритму, показаны на рис. 8.3 с учётом ограничений допустимых значений параметров.

Рис. 8.3. Статическая модель оптимальных режимов работы

С увеличением скорости вращения и осевого усилия выше некоторых критических значений стойкость шарошечных долот резко снижается. По мере износа долота механическая скорость бурения уменьшается. Трудность реализации выбранного алгоритма управления заключается в отсутствии датчика крепости буримых пород.

После преобразований получим алгоритм управления, реализованный в системе автоматизации «Режим 2НМ»:

F_ос=k₁/ V_б;

n=k₂ V_б.

Система «Режим 2НМ»:обеспечивает регулирование осевого усилия и частоты вращения бурового инструмента в пределах оптимального режима бурения, а также работу в ограниченных режимах при возникновении недопустимых перегрузок двигателя механизма вращения, вибраций бурового станка и при зашламовывании буровой скважины.

Применение системы «Режим-2НМ» по сравнению с ручным управлением позволяет увеличить производительность бурового станка на 10-15%, уменьшить себестоимость бурения на 10-15%. Удельная энергоёмкость бурения снижается на 20-50%.

Рассмотренный алгоритм удобно реализовать на основе управляющей вычислительной машины. На рис. 8.4. показана упрощённая структурная схема, которая содержит следующие узлы: управляющая вычислительная машина (УВМ), контур регулирования частоты вращения бурового става; контур регулирования осевой нагрузки на долото.

Рис. 8.4. Структурная схема системы автоматизированного управления процессом