Введение к работе
Актуальность работы. Применение прогрессивных технологических схем подземной разработки тонких угольных пластов сдерживается из-за отсутствия методов и средств бурения направленных скважин.При бурении скважин длиной более 25 м ось скважины начинает отклоняться от заданной траектории в связи с различными техническими, технологическими и геологическими причинами, что часто приводит к потере скважины и необходимости бурения новой. Ряд технологий, например, гидравлический способ бурения скважин и добычи угля, требуют точной ориентации рабочего органа на конце бурового става относительно угольного пласта. Без оперативного контроля положения головной штанги и АСУ направленным бурением неэффективны шахтная доразведка угольных пластов, бурение скважин малого диаметра для дегазации пластов и нагнетания воды в пласт, попутная подработка газодинамических пластов - спутников, сдерживается внедрение новых прогрессивных безлюдных технологий добычи угля.
В настоящее время хорошо разработаны вопросы контроля положения скважин на нефть и другие полезные ископаемые, бурящиеся с дневной поверхности. Методы контроля предполагают извлечение бурового става из скважины и проведение замеров с помощью инклинометров. Такие действия оправданы для дорогих скважин большой длины и диаметра, но не могут быть использованы при бурении из подземных выработок скважин диаметром до 150 мм и длиной до 200 м. Разработанные для нефтяных скважин системы с размещением первичных устройств в головном звене става имеют большие габариты и зачастую не могут применяться при бурении из подземных выработок по условиям взрывобезопасности на шахтах, категорииных по внезапным выбросам угля, пыли и газа.
В этой связи разработка устройств системы управления бурением направленных скважин из подземных выработок представляет собой очень важную проблему для горной промышленности РФ.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка элементов и устройств системы автоматизированного управления направленным бурением при проходческих и очистных работах.
Научная вдея работы. Научная идея работы состоит в том, что координаты головного звена бурового става вычисляются по величине углов закручивания става и дополнительного поворота става до совмещения базовой плоскости первичного устройства в головном звене
става с апсидальной плоскостью в точке замера.
Научные положения, вынесенные на защиту и их новизна.
квазинепрерывный способ контроля положения головной штанги бурового става при бурении пространственноориентированных скважин, заключающийся в нахождении угла дополнительного поворота става до совпадения базовой плоскости первичного устройства в головном звене става и апсидальной плоскости в точке замера; при этом используется гравитационное поле Земли и свойство упругой деформации бурового става;
методика проектирования гидрогравитационного первичного устройства системы автоматизированного управления процессом направленного бурения при проходческих и очистных работах; метрологические характеристики устройств системы управления процессом бурения; алгоритмы и программное обеспечение для устройств обработки и отображения информации;
способ и устройства для передачи информации по потоку технологической воды в канале бурового става;
математические модели первичного гидрогравитационного устройства и потока жидкости в канале переменной длины;
Достоверность результатов обеспечивается:
-корректным использованием фундаментальных законов математики, сопромата и гидравлики,теории автоматического управления, методов теории планирования эксперимента, математической статистики, численных методов и процедур параметрической оптимизации;
-достаточным обьемом испытаний устройств системы автоматизированного управления процессом бурения пространственноориентированных скважин на полноразмерном стенде с серийно выпускаемым технологическим оборудованием;
-применением общепризнанных методик обработки данных по испытаниям устройств АСУ бурения направленных скважин и методик расчета метрологических характеристик устройств системы управления;
-корректными допущениями при составлении математических моделей волновода как канала передачи информации и гидрогравитационного устройства АСУ бурения пространственно-ориентированных скважин;
Научное значение работы состоит:
-в выявлении зависимости между величиной угла дополнительно-
- з -го поворота става до совпадения базовой плоскости первичного устройства в головном звене става с апсидальной плоскостью и пространственным положением головной штанги става и использовании этой зависимости для квазинепрерывного управления процессом бурения направленных скважин в угольных пластах с известным углом наклона;
-в разработке способа передачи информации от первичного устройства в головном звене бурового става к вторичным устройствам по потоку технологической жидкости в канале бурового става.
Практическое значение работы заключается:
-б разработке первичного гидрогравитационного устройства системы квазинепрерывного контроля положения скважины;
-в создании комплекса первичных электроконтактных датчиков системы непрерывного контроля положения скважины;
-в создании методики определения положения скважины и разработке алгоритма расчета на ЭВМ параметров траектории буримой скважины и графического представления полученной информации.
Новизна разработанных способа и устройств непрерывного контроля положения скважины подтверждается авторским свидетельством и патентом РФ.
Реализация результатов работы. Разработанная система управления процессом направленного бурения при проходческих и очистных работах внедрена в НПО "Углемеханизация" г.Луганск, Украина и на угольных предприятиях Донбасса.
Методика проектирования первичного гидрогравитационного устройства и математические модели первичного датчика и потока жидкости в канале переменной длины используется в учебном процессе в НГТУ при проведении курсов "Теория и проектирование гидропневмоприводов" и "САПР в машиностроении".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены,обсуждены и получили положительную оценку на научно-технических семинарах Северо-Кавказского научного центра высшей школы ( г.Новочеркасск, 1987-1996 гг.), на XI,XII,XIII республиканских научно-технических конференциях "Гидравлика и гидропривод машин, автоматов и промышленных роботов в машиностроении" (1939,1990 гг., г.Севастополь,1991, г.Киев), на II семинаре по угольному машиностроению Кузбасса (1991, г.Кемерово), на I Всесоюзной конференции "Динамические процессы в горных машинах и ста-
- 4 -ционарных установках" (1989,г.Тбилиси).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 207 страницах машинописного текста, содержит 84 рисунка, список литературы из 111 наименований и 4 приложений.
