XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Современная экономика Казахстана характеризуется значительной долей добывающих отраслей промышленности, счёт освоения новых месторождений, и совершенствования техники и технологий горных работ, в которых особое место занимают процессы бурения взрывных скважин. Удельный вес буровых работ в общей себестоимости добычи полезных ископаемых составляет более 30%.

Современный буровой станок - сложная высокопроизводительная машина, содержащая множество различных механизмов с различными приводами разных типов. Эффективность функционирования станка определяется как уровнем его автоматизации в целом, так и отдельных его подсистем.

Основным направлением повышения производительности и эффективности работы буровых станков является совершенствование систем приводов и технических средств управления, а также обеспечение надежности процесса бурения.

Важным моментом обеспечения эффективной и непрерывной работы бурового станка является устранение аварийных ситуаций связанных с конструктивными недостатками буровых устройств, а также выбора технологий и конструктивных схем, устраняющих такое явления как заклинивание долота.

В этой статье будет рассмотрена 3D модель процесса нагружения бурового устройства, с созданием моделей основных конструктивных элементов.

Эффективности буровзрывного разрушения горного массива, которого во многом определяется уровнем технологии бурения взрывных скважин и надежностью применяемого оборудования, в том числе стойкостью (долговечностью) породоразрушающего инструмента, поскольку неравномерный износ инструмента приводит к искривлению става и заклиниванию устройства.

Для бурения пород повышенной крепости, как в мировой, так и в отечественной практике используют станки с исполнительными органами ударно-вращательного действия. Вместе с тем, разработанные за последние годы высоко-энерговооруженные станки нового технического уровня с погружными пневмоударниками повышенного давления на горнодобывающих предприятиях не нашли достаточно широкого применения. Во многом это связано с тем, что предлагаемые фирмами производителями ориентировочные значения долговечности инструмента часто существенно разнятся с их реальными значениями при эксплуатации в производственных условиях.

Несоответствие рекомендованных и фактических значений долговечности инструмента особенно отрицательно сказывается на эффективности бурения пород повышенной крепости, в том числе при разработке месторождений полиметаллических руд. В значительной мере это связано с отсутствием пространственных моделей.

Таким образом, исследование процесса заклинивания в конкретных горнотехнических условиях представляется актуальной задачей и должно производится при решении его модели.

Создание перспективной системы предусматривает разработку и использование новых моделей и систем контроля параметров технологических процессов, нагрузок и состояние механики. Анализ литературных источников и патентной документации свидетельствует о том, что в настоящее время необходимо создать модель автопроектирования бурового станка, особенности его заклинивания, что в свою очередь позволит рассмотреть организацию работы по бурению.

Внезапное прекращение нормального процесса бурения может быть вызвано заклиниванием долота, сильным износом бурового инструмента, искривлением бурового става вследствие попадания долота в различные грунтовые дефекты (трещины, пустоты, выступы и т.д.), нарушения правил крепления.

В данной статье была представлена общая схема буровой штанги построенная в Ansys. Решение задачи НДС также проводилось с помощью этого пакета программ.

Одной из главных целей этого проекта является создание напряженно-деформированного состояния буровой штанги при ее нагружении.

Решение трехмерной упругопластической задачи о напряженно-деформированном состоянии цилиндра в условиях циклического радиального сжатия представляет значительные трудности. Однако процесс разрушения циклически деформируемого цилиндра, с позиций чисто феноменологических, может быть представлен как результат изменения напряженно-деформированного состояния данного тела в зависимости от геометрических факторов, условий на контуре, остаточных напряжений, вызванных упрочнением материала, но вначале следует получить общую модель бурового устройства в 3D.

Приводим результат проектирования бурового инструмента для последующего анализа условии его заклинивания в результате высокого износа твердых элементов бурового долота.

Условие нагружения: зажимаем поверхность буровое долото по всем осям и задаем вращательное усилие на долото с учетом всех рабочих параметров станка фирмы Atlas Copco DM 45 , рисунок 2.2.

 

Рисунок 2.3,2.4: видим напряженно-деформированное состояния бурового инструмента в результате решения задачи в ANSYS.

Рисунок 2.1- Моделирование общего вида бурового инструмента

Рисунок 2.2- Поверхность бурового долота с векторами сил

Рисунок 2.3- Деформации пневмоударника

Моделирование бурового инструмента в условиях его рабочего состояния, при бурений скважины.

Условие нагружения: зажимаем поверхность буровое долото по всем осям, также зажимаем поверхность буровую штангу с другой стороны и задаем вращательное усилие по поверхности бурового долота и усилие с учетом рабочего давления бурового станка фирмы Atlas Copco DM 45 , на продольную ось штанги.

В результате решения задачи в ANSYS видим напряженно-деформированное состояния бурового инструмента в различных условиях рисунок 2.5, 2.6:

Условия моделирования заклинивания: подача вращательного усилия на начало штанги, усилие рабочего давления бурового станка на продольную ось штанги и зажатие всей поверхности бурового долота

Рисунок 2.5- Напряжения бурового инструмента

Искривление штанги в результате заклинивания

Рисунок 2.6- Искривление буровой штанги

Как следует из анализа напряженно-деформированного состояния, причинами этого является также несовершенство конструкции бурового станка. Частично и особенно при большой длине става проявляется продольный изгиб става, который может вызвать «желобование» скважин. В свою очередь это приводит к неравномерному контакту бурового инструмента (грунта и долота).

Во избегание таких аварийных ситуаций следует предпринять ряд решений:

- Оснастить буровые станки предохранительными системами, которые при резком повышении усилия подачи предупреждала оператора об предупреждения таковой аварийной ситуации, вплоть до полной остановки бурения;

- Допускать до работы с буровыми станками обученных и высококвалифицированных операторов;

- Отслеживать износ бурового инструмента и своевременную его замену;

- Контроль сервисной и производственной службы за работоспособностью бурового станка в целом.

Код для цитирования: Скопировать