Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Шигин А. О., Гилев А. В., Шигина А. А.,
ПРЕДИСЛОВИЕ
В ближайшее десятилетие в России ожидаемые годовые объемы бурения на открытых горных и строительных работах превысят 60–70 млн м3, освоение которых при существующих способах бурения потребует списочного состава буровых станков более 2 тыс. ед. и годового расходования 300–350 тыс. шт. бурового инструмента. Ежегодные эксплуатационные затраты на бурение скважин могут достигнуть более 30 млрд руб., из которых примерно 35–50 % составят затраты на буровой инструмент.
Самым ответственным и высоконагружаемым звеном бурового станка является система «Вращательно-подающий орган – рабочий орган – система управления» (ВПО-РО-СУ) включающая механизмы подачи и вращения, буровой став и шарошечный буровой инструмент. Данная система за последние десятилетия практически не совершенствуется. В связи с этим рост производительности буровых станков существенно снизился, и происходит непрерывное увеличение удельных затрат на буровые работы. Современные ВПО и СУ станков не адаптированы к частому изменению физико-механических свойств пород и своевременному установлению рациональных режимных параметров бурения скважин в сложноструктурных породных массивах. Существующие системы управления бурением (СУБ) неэффективны и требуют значительного занижения механической скорости бурения по причинам больших ударных нагрузок, вибрации и возможного отказа шарошечного долота в процессе прохождения элементов сложноструктурного породного массива. При отсутствии достоверной информации о свойствах буримых пород в СУБ и своевременных управляющих воздействий в системе ВПО-РО-СУ значения режимных параметров не соответствуют режиму эффективной работы бурового инструмента, что приводит к резкому снижению его ресурса в процессе прохождения долотом трещин, несплошностей, пограничных зон и слоев с изменяющимися прочностными характеристиками.
Современные методы создания вращательно-подающих органов буровых станков и автоматизации процессов бурения не учитывают физику процессов, происходящих при динамическом взаимодействии шарошечного инструмента с породным массивом, характеризующимся изменением прочностных и структурных характеристик. Методология проектирования вращательно подающих органов станков шарошечного бурения должна основываться на принципах технологии шарошечного бурения, понимании режимов и условий работы шарошечных долот при бурении сложноструктурных породных массивов, применении методов проектирования адаптивных устройств, своевременно и эффективно изменяющих свои рабочие характеристики под действием динамических нагрузок, применении интеллектуальных систем автоматики, оценивающих текущие процессы в реальном времени и выстраивающих эффективное соотношение режимных параметров.
В связи с этим в работе решается актуальная научно-техническая проблема, заключающаяся в создании адаптивных ВПО и СУ для станков шарошечного бурения (СБШ) и технологий их применения в сложноструктурных породных массивах, решение которой внесет существенный вклад в повышение уровня рентабельности горных предприятий.