RU2740961C1 - Method of stabilizing dynamic loads in machines of cone-hole drilling of blast holes with differential system of supply of bit to face and device for implementation thereof - Google Patents

Method of stabilizing dynamic loads in machines of cone-hole drilling of blast holes with differential system of supply of bit to face and device for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2740961C1
RU2740961C1 RU2020119727A RU2020119727A RU2740961C1 RU 2740961 C1 RU2740961 C1 RU 2740961C1 RU 2020119727 A RU2020119727 A RU 2020119727A RU 2020119727 A RU2020119727 A RU 2020119727A RU 2740961 C1 RU2740961 C1 RU 2740961C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bit
pressure
bottomhole
drilling
hydraulic
Prior art date
Application number
RU2020119727A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Анатольевич Загривный
Original Assignee
Эдуард Анатольевич Загривный
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эдуард Анатольевич Загривный filed Critical Эдуард Анатольевич Загривный
Priority to RU2020119727A priority Critical patent/RU2740961C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740961C1 publication Critical patent/RU2740961C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/084—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods with flexible drawing means, e.g. cables

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a device and method for stabilizing dynamic loads in systems for feeding a bit to the face. Device for stabilizing dynamic loads in differential systems for feeding a bit to the edges of machines of rock drilling machines of blast holes (RDM) includes a mass of a supply system with a support unit, drilling rig with bit, two plunger hydraulic cylinders of pneumatic hydraulic suspension of drilling rod with plungers, which bodies are fixed on RDM housing, and their plunger cavities are connected by high-pressure pipeline, to which pneumatic hydraulic accumulator is connected, an adjustable throttle and a check valve. Flexible link of working ropes through system of blocks and movable ends of ropes of supply system are connected with mass of feed system with support assembly, drill rod, rolling bit and bottomhole. High-pressure plunger oil station with an adjustable electric drive is introduced into the high-pressure hydraulic pipeline, which is connected to a pneumatic hydraulic accumulator through a ball valve and a parallel-connected check valve and an adjustable throttle. Plungers of hydraulic cylinders of pneumatic hydraulic suspension are connected in movable units with working cables of supply system, acting forces in which are equal and counter-directed.
EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of drilling machines by stabilizing level of dynamic loads in the entire range of operating modes using differential system of supplying the bit to the face, allowing to select dynamic pressure component on bottomhole from full pressure on face, reduce own frequency of supply system and provide stabilization of dynamic loads in pneumatic-hydraulic suspension of drill rod.
6 cl, 1 tbl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения нефтяных, газовых и взрывных скважин, в частности к способу и устройству стабилизации динамических нагрузок во вращательно-подающей системе станка шарошечного бурового взрывных скважин. Изобретение может применяться при создании пневмоподвески исполнительных органах горных машин: очистных и проходческих комбайнов, камнерезных машин и машин в других областях промышленности с высокими динамическими нагрузками.The invention relates to the field of drilling oil, gas and explosive wells, in particular to a method and device for stabilizing dynamic loads in a rotary-feeding system of a roller-cutter blasthole drill. The invention can be used to create pneumatic suspension for executive bodies of mining machines: shearers and roadheaders, stone-cutting machines and machines in other areas of industry with high dynamic loads.

При работе станков шарошечного бурения взрывных скважин (СБШ) на твердых и трещиноватых породах наблюдаются интенсивные вибрации в виде продольных колебаний бурового става с частотой 6-8 Гц с амплитудой до 0,5-1 см, которые часто сопровождаются потерей поперечной устойчивости бурового става. Мгновенное значение тока якоря электродвигателя постоянного тока вращателя бурового става пропорционально моменту вращения на долоте, который, в свою очередь, пропорционален осевому давлению. Таким образом, ток якоря двигателя вращателя в некотором масштабе отражает колебания бурового става (фиг. 1). Из осциллограммы видно, что процесс развития колебаний длится менее 1 секунды. Учитывая, что при реальных скоростях бурения скважина углубляется за такое время на 2-3 мм, можно сделать вывод, горно-геологические условия не могут существенно измениться. На рисунке можно заметить, что мощность двигателя вращателя колеблется с частотой примерно в 3 раза большей, чем частота вращения става (напряжение двигателя постоянно, частота вращения става при n=120-130 об/мин равна 2-2,2 Гц, частота пульсация тока якоря ~7-8 Гц). По ярко выраженному на осциллограммах виду и величине амплитуды колебаний бурового става в режимах без вмешательства оператора в управление параметрами можно оценить это явление резонансными колебаниями. Происхождение этих колебаний можно объяснить близостью частот собственных колебаний системы подачи с частотами возмущения, а также процессами разрушения забоя [5, 6, 7, 8]. Сформированные продольные усилия в шарошечном долоте при безотрывном движении по разрушаемому забою передаются по гибкому звену (рабочему канату) в узел крепления рабочего каната к корпусу СБШ.During the operation of rotary blast hole drilling rigs (SBS) on hard and fractured rocks, intense vibrations are observed in the form of longitudinal vibrations of the drill string with a frequency of 6-8 Hz with an amplitude of up to 0.5-1 cm, which are often accompanied by a loss of lateral stability of the drill string. The instantaneous value of the armature current of the DC motor of the drill rotator is proportional to the torque on the bit, which, in turn, is proportional to the axial pressure. Thus, the armature current of the rotator motor on a certain scale reflects the oscillations of the drilling rod (Fig. 1). It can be seen from the oscillogram that the process of development of oscillations lasts less than 1 second. Considering that at real drilling speeds the well deepens by 2-3 mm in such a time, it can be concluded that mining and geological conditions cannot change significantly. In the figure, you can see that the power of the rotator motor fluctuates at a frequency of about 3 times higher than the rotational speed of the mill (the motor voltage is constant, the rotational speed of the mill at n = 120-130 rpm is 2-2.2 Hz, the frequency of the current armature ~ 7-8 Hz). By the form and magnitude of the oscillation amplitude of the drill string in modes without operator intervention in the control of parameters, which is pronounced on the oscillograms, this phenomenon can be estimated by resonant oscillations. The origin of these oscillations can be explained by the proximity of the frequencies of the natural oscillations of the supply system with the frequencies of the disturbance, as well as the processes of destruction of the bottomhole [5, 6, 7, 8]. Formed longitudinal forces in a roller cone bit with continuous movement along the destroyed face are transmitted along a flexible link (working rope) to the attachment point of the working rope to the SBSh body.

Такие режимы занимают до 15% и более от чистого времени бурения и сопровождаются высокой динамической нагруженностью силовых систем, определяющей высокую аварийность и низкий коэффициент эксплуатационной надежности. По мнению некоторых авторов, повышенные вибрации буровых станков снижают производительность станков в 1,5-2,0 раза. Они же являются основной причиной неполного использования станков, пониженной стойкости долот, высокой аварийности станков. Кроме того, занимая широкий спектр частот (от 3 Гц до 200-400 Гц), они оказывают весьма вредное действие на обслуживающий персонал. Особенно вредны и опасны для здоровья человека низкочастотные вибрации 6-8 Гц, которые приводят к "резонансам" некоторых органов человека, вызывая неприятные ощущения, повышая утомляемость и являясь источником профессионального, так называемого "вибрационного" заболевания. Уровень вибраций при бурении крепких пород часто намного выше допускаемого санитарными нормами. Известно, что для человека комфортной частотой является частота 60- 90 периодов (шагов) в минуту (1,0-1,5 Гц). Поэтому в автопроме для легковых автомобилей собственная частота кузова принимается равной 0,5-1,5 Гц.Such modes take up to 15% or more of the net drilling time and are accompanied by a high dynamic loading of power systems, which determines a high accident rate and a low coefficient of operational reliability. According to some authors, increased vibrations of drilling rigs reduce the productivity of rigs by 1.5-2.0 times. They are also the main reason for the incomplete utilization of machine tools, reduced durability of bits, and a high accident rate of machine tools. In addition, occupying a wide range of frequencies (from 3 Hz to 200-400 Hz), they have a very harmful effect on service personnel. Low-frequency vibrations of 6-8 Hz are especially harmful and dangerous for human health, which lead to "resonances" of some human organs, causing unpleasant sensations, increasing fatigue and being a source of a professional, so-called "vibration" disease. Vibration levels when drilling hard rock are often much higher than sanitary standards. It is known that a comfortable frequency for humans is the frequency of 60-90 periods (steps) per minute (1.0-1.5 Hz). Therefore, in the automobile industry for passenger cars, the natural frequency of the body is taken to be 0.5-1.5 Hz.

Отличительными особенностями внешней динамики СБШ являются высокие давления долота на забой (20-30 тонн) при относительно малом углублении за один оборот долота (2-4 мм), которое и является технологической нагрузкой. Указанные значения давлений на забой принимаются неизменными во времени. Однако на практике при бурении крепких и трещиноватых пород динамические составляющие достигают до 20-30% от заданного постоянного давления на забой. Кроме этого незначительное различие собственно частоты колебаний системы подачи (6-8 Гц) и частоты возмущений работы трехшарошечного долота при скорости вращения долота (120-130 об/мин) (6-7 Гц) при бурении прочных пород в околорезонансных режимах приводит к формированию волнообразного забоя. Выделение динамической составляющей из указанного общего давления на забой представляет собой не малую техническую сложность.Distinctive features of the external dynamics of the SBSh are high pressures of the bit on the bottomhole (20-30 tons) with a relatively shallow deepening in one bit revolution (2-4 mm), which is the technological load. The indicated bottomhole pressure values are taken unchanged over time. However, in practice, when drilling hard and fractured rocks, the dynamic components reach up to 20-30% of the given constant pressure on the bottomhole. In addition, a slight difference in the actual frequency of oscillations of the feed system (6-8 Hz) and the frequency of disturbances in the operation of a tricone bit at a bit rotation speed (120-130 rpm) (6-7 Hz) when drilling solid rocks in near-resonance modes leads to the formation of a wave-like slaughter. Isolation of the dynamic component from the indicated total bottomhole pressure is not a small technical difficulty.

Видимо, по этой причине горные машины обладают высокой динамической нагруженностью. Известно, что машины с такими характеристиками становятся неработоспособными.Apparently, for this reason, mining machines have a high dynamic load. It is known that machines with such characteristics become inoperative.

Анализ известных средств, направленных на устранение этих недостатков, показывает, что используемый в настоящее время способ снижения вибраций станков шарошечного бурения путем снижения эквивалентного коэффициента жесткости силовой цепи (контура) системы подачи реализуются двумя видами устройств: наддолотными амортизаторами и надштанговыми амортизаторами.Analysis of the known means aimed at eliminating these drawbacks shows that the currently used method of reducing vibrations of roller cone drilling machines by reducing the equivalent stiffness coefficient of the power circuit (contour) of the feed system is implemented by two types of devices: above-bit shock absorbers and above-rod shock absorbers.

Известен амортизатор наддолотный в описании к изобретению №264295, МПК Е21В 17/06 от 08.12.1968, опубл. 03.03.1970, включающий корпус, шток, выполненный в виде усеченного конуса и эластичный элемент, размещенный между штоком и корпусом, при этом шток снабжен хвостовиком, выполненным в виде усеченной пирамиды. Недостатки: эта конструкция имеет низкую степень регулирования нагрузочной способности и нерегулируемую собственную частоту колебаний. Недостаток амортизатора заключается в невозможности управлять величиной коэффициента жесткости и необходимости изменения конструкции мачты.Known shock absorber nadbolotny in the description of the invention No. 264295, IPC E21B 17/06 from 08.12.1968, publ. 03.03.1970, including a body, a stem made in the form of a truncated cone and an elastic element located between the stem and the body, while the stem is equipped with a shank made in the form of a truncated pyramid. Disadvantages: This design has a low degree of load regulation and an unregulated natural vibration frequency. The disadvantage of the shock absorber is the inability to control the value of the stiffness coefficient and the need to change the structure of the mast.

Известен наддолотный амортизатор, в описании к изобретению №386122, МПК Е21В 17/06 от 28.05.1966, опубл. 14.06.1973, включающий эластичный элемент, корпус и вал, выполненные с винтовой нарезкой и образующие винтовую пару, снабженный соединенной с корпусом гибкой диафрагмой и двумя дисками, причем, вал выполнен с уступами, между которыми размещены диски, а гибкая диафрагма, диски и вал образуют камеру, в которой размещен эластичный элемент.Known supra-bit shock absorber, in the description of the invention No. 386122, IPC E21B 17/06 from 05/28/1966, publ. 06/14/1973, including an elastic element, a housing and a shaft, made with a screw thread and forming a screw pair, equipped with a flexible diaphragm connected to the housing and two disks, moreover, the shaft is made with ledges between which disks are located, and the flexible diaphragm, disks and shaft form a chamber in which the elastic element is located.

Недостатки: невозможности управлять величиной коэффициента жесткости и необходимости изменения конструкции мачты.Disadvantages: inability to control the value of the stiffness coefficient and the need to change the design of the mast.

Известен надштанговый амортизатор станков шарошечного бурения в описании к изобретению US 3746330, МПК F16D 3/78, F16F 15/14, F16F 15/10 от 1971-10-28, опубл. 1973-07-17, который устанавливается между ведущим и ведомым валом для гашения продольных колебаний бурового става станка шарошечного бурения, состоящий из станины и двух комплектов резиновых дисков - упругих элементов. Недостаток амортизатора - высокий уровень продольных вибраций бурового става и необходимость изменения конструкции мачты.Known supra-rod shock absorber of roller cone drilling machines in the description of the invention US 3746330, IPC F16D 3/78, F16F 15/14, F16F 15/10 from 1971-10-28, publ. 1973-07-17, which is installed between the drive and driven shafts for damping longitudinal vibrations of the drilling rig of a rotary cutter, consisting of a bed and two sets of rubber discs - elastic elements. The disadvantage of the shock absorber is the high level of longitudinal vibration of the drill string and the need to change the design of the mast.

Наиболее близким аналогом, принятым автором за прототип, является вращательно-подающая система бурового станка шарошечного бурения взрывных скважин, представленная в статье: Загривный Э.А., Поддубный Д.А. «Стабилизация динамических нагрузок во вращательно-подающей системе станка шарошечного бурения взрывных скважин» / Сборник научных статей по итогам работы Международного научного форума Наука и инновации-современные концепции (г. Москва, 3 мая 2019 г.). - Москва: Издательство Инфинити, 2019.The closest analogue adopted by the author as a prototype is a rotary-feed system of a rotary-cutter blasthole drilling rig presented in the article: E.A. Zagrivny, D.A. Poddubny. "Stabilization of dynamic loads in the rotary feed system of the rotary-cutter blasthole drilling rig" / Collection of scientific articles following the results of the International Scientific Forum Science and Innovation-Modern Concepts (Moscow, May 3, 2019). - Moscow: Infinity Publishing House, 2019.

В известной системе рабочие ветви канатов подачи 10 (гибкие звенья передачи механического усилия на забое в виде вертикальных перемещений долота) закреплены с одной стороны в узлах крепления 16 к опорному узлу 1 вращательно-подающему механизму СБШ, а с другой - к плунжерам 9 цилиндров пневмогидравлической подвески 3 в узле крепления концов ветвей рабочих канатов подачи 12.In the known system, the working branches of the feed ropes 10 (flexible links for the transmission of mechanical force at the bottom in the form of vertical movements of the bit) are fixed on the one hand in the attachment points 16 to the support unit 1 of the SBSh rotary-feeding mechanism, and on the other to the plungers 9 of the pneumohydraulic suspension cylinders 3 in the attachment point of the ends of the branches of the working feed ropes 12.

Основным недостатком устройства является невозможность реализовать стабилизацию в широком диапазоне рабочих режимов динамических нагрузок из-за ограниченного хода плунжеров гидроцилиндров пневмогидроподвески бурового става.The main disadvantage of the device is the impossibility of realizing stabilization in a wide range of operating modes of dynamic loads due to the limited stroke of the pistons of the hydraulic cylinders of the pneumohydraulic suspension of the drilling string.

Таким образом, технической проблемой, существующей в настоящее время, является отсутствие надежных и эффективных способов и устройств стабилизации динамических нагрузок во вращательно-подающей системе станка шарошечного бурения взрывных скважин. Создание предлагаемого изобретения направлено на решение данной проблемы, а именно, на создание эффективного и простого в реализации способа и устройства стабилизации динамических нагрузок во вращательно-подающей системе станка шарошечного бурения взрывных скважин.Thus, the technical problem existing at the present time is the lack of reliable and effective methods and devices for stabilizing dynamic loads in the rotary-feeding system of the rotary-cutter blasthole drilling machine. The creation of the proposed invention is aimed at solving this problem, namely, at creating an effective and easy-to-implement method and device for stabilizing dynamic loads in a rotary-feeding system of a rotary-cutter blasthole drilling machine.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы станков шарошечного бурения с канатно-полиспастной системой с гидроцилиндром подачи (СБШ -250) и станков с фрикционной подачей (СБШ-270 ИЗ) путем стабилизации уровня динамических нагрузок во всем диапазоне рабочих режимов с помощью дифференциальной системы подачи долота на забой, позволяющей выделить из полного давления на забой динамическую составляющую давления на забой, снизить собственную частоту системы подачи в 3-4 раза и обеспечить стабилизацию динамических нагрузок в пневмогидравлической подвеске бурового става с точностью не хуже 1-2% от максимального давления на забой.The technical result consists in increasing the efficiency of roller cone drilling rigs with a rope-pulley system with a hydraulic feed cylinder (SBSH-250) and machines with a frictional feed (SBSH-270 IZ) by stabilizing the level of dynamic loads in the entire range of operating modes using a differential feed system of the bit to the bottomhole, allowing to extract the dynamic component of bottomhole pressure from the total bottomhole pressure, reduce the natural frequency of the feed system by 3-4 times and ensure the stabilization of dynamic loads in the pneumohydraulic suspension of the drilling string with an accuracy of no worse than 1-2% of the maximum bottomhole pressure.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство стабилизации динамических нагрузок в системах подачи долота на забой станков шарошечного бурения взрывных скважин (СБШ), включающее массу системы подачи с опорным узлом 6, буровой став 7 с долотом 10, два плунжерных гидроцилиндра 1 пневмоподвески бурового става с плунжерами 9, корпусы 11 которых закреплены на корпусе СБШ, а их плунжерные полости соединены гидромагистралью 5 высокого давления, к которой подключены пневмогидроаккумулятор 4, регулируемый дроссель 3 и обратный клапан 2, гибкое звено рабочих канатов 12 через систему блоков и подвижные концы канатов системы подачи (точки а) связаны с массой системы подачи и опорным узлом, буровым ставом 7 с шарошечным долотом 10 и забоем, предлагается ввести в гидромагистраль 5 высокого давления плунжерную маслостанцию 13 высокого давления с регулируемым электроприводом, которая через шаровой кран 16 и параллельно соединенные обратный клапан 2 и регулируемый дроссель 3 соединена с пневмогидроаккумулятором 4, причем плунжеры гидроцилиндров 1 пневмоподвески соединены в подвижных узлах (в точках е) с рабочими канатами 12 системы подачи, действующие силы в которых равны и противонаправлены, при этом формируется дифференциальная система подачи долота на забой.The technical result is achieved due to the fact that in the device for stabilizing the dynamic loads in the systems for feeding the bit to the bottom of the roller cone drilling rigs of blast holes (SBSH), which includes the mass of the feed system with the support unit 6, the drilling rod 7 with the bit 10, two plunger hydraulic cylinders 1 for the pneumatic suspension of the drilling a set with plungers 9, bodies 11 of which are fixed on the SBSh body, and their plunger cavities are connected by a high-pressure hydraulic line 5, to which a pneumatic hydraulic accumulator 4, an adjustable throttle 3 and a check valve 2 are connected, a flexible link of working ropes 12 through a system of blocks and moving ends of the system's ropes feed (points a) are associated with the mass of the feed system and the support unit, the drilling rod 7 with the roller cone bit 10 and the bottom, it is proposed to introduce into the high pressure hydraulic line 5 a high pressure plunger oil station 13 with a variable electric drive, which is through a ball valve 16 and a parallel connected check valve 2 and adjustable throttle 3 are connected and with a pneumatic accumulator 4, and the plungers of the hydraulic cylinders 1 of the pneumatic suspension are connected in movable nodes (at points e) with the working ropes 12 of the feed system, the acting forces in which are equal and opposite, while a differential system for feeding the bit to the bottom is formed.

Дополнительными отличиями устройства является то, что применяют гидроцилиндры 1 пневмоподвески бурового става с плунжерными гидроцилиндрами одностороннего действия или с поршневыми гидроцилиндрами.Additional differences of the device are that the hydraulic cylinders 1 of the air suspension of the drilling rod are used with single-acting plunger hydraulic cylinders or with piston hydraulic cylinders.

Также технический результат достигается за счет того, что в способе стабилизации динамических нагрузок в системах подачи долота на забой станков шарошечного бурения взрывных скважин устройством по п. 1, включающем постановку бурового става 7 с шарошечным долотом 10 на забой, задание давления на забой с помощью гидроцилиндра 1, последующее бурение, предлагается перед заданием давления на забой выбирать диапазон рабочих режимов бурения, в котором применяется стабилизация динамических нагрузок, назначать желаемое число режимов, определять для режима максимального паспортного усилия на забое давление газа в пневмогидроаккумуляторе 4, при котором давление плунжера 9 гидроцилиндра 1 в подвижной точке (е) его соединения с рабочим канатом 12 было равно и противонаправлено заданному давлению на забой, формируя при этом дифференциальную систему подачи и выделяя кинематическое возбуждение долота на забое. Далее предлагается определять объем газа в пневмогидроаккумуляторе 4 при найденном давлении для обеспечения собственной частоты системы подачи в диапазоне от 1.0 до 2.0 Гц, определять для остальных режимов параметры аналогичные режиму максимального паспортного усилия на забое, переключение режимов осуществлять по заданному алгоритму.Also, the technical result is achieved due to the fact that in the method of stabilizing the dynamic loads in the systems for feeding the bit to the bottomhole of the roller cone drilling rigs of blast holes by the device according to claim 1, including setting the drilling string 7 with the roller cone bit 10 at the bottom, setting the bottomhole pressure using a hydraulic cylinder 1, subsequent drilling, it is proposed, before setting the bottomhole pressure, to select the range of operating modes of drilling in which stabilization of dynamic loads is applied, to assign the desired number of modes, to determine the gas pressure in the pneumatic accumulator 4 for the maximum nominal force at the bottomhole, at which the pressure of the plunger 9 of the hydraulic cylinder 1 at the moving point (e), its connection with the working line 12 was equal and opposite to the given pressure on the bottomhole, thus forming a differential feed system and highlighting the kinematic excitation of the bit at the bottomhole. Further, it is proposed to determine the volume of gas in the pneumatic hydroaccumulator 4 at the found pressure to ensure the natural frequency of the supply system in the range from 1.0 to 2.0 Hz, to determine for other modes the parameters similar to the mode of the maximum passport force at the bottomhole, to switch modes according to the given algorithm.

Дополнительными отличиями способа является то, что диапазон режимов выбирают от 20 тонн до 40 тонн, тогда как количество режимов выбирают от 5 до 8.Additional differences of the method are that the range of modes is selected from 20 tons to 40 tons, while the number of modes is selected from 5 to 8.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами и схемами, показанными на фигурах 1-6.The essence of the invention is illustrated by drawings and diagrams shown in figures 1-6.

На фигуре 1 показаны осциллограммы тока якоря двигателя вращателя станка СБШ-250 на руднике Оленегорского «ГОКа» в процессах «перехода» из «спокойного» состояния в режим вибрации (а) и обратного «перехода» в рабочий режим (б)Figure 1 shows oscillograms of the armature current of the rotator motor of the SBSh-250 machine at the mine of the Olenegorsk GOK in the process of "transition" from a "quiet" state to a vibration mode (a) and a reverse "transition" to an operating mode (b)

На фигуре 2 показана систем подачи долота на забой СБШ с «мягкой» пневмогидроподвеской исполнительного органа (ИО) а) расчетная схема пневмогидроподвески с использованием системы с переменной структурой (СПС), где 1 - гидроцилиндр пневмогидроподвески ИО; 2 - обратный клапан; 3 - регулируемый дроссель; 4 - пневмогидроаккумулятор (ПГА); б) траектория движения породоразрушающего органа при работе СПС, S - координата забоя, X - координата центра масс системы подачи.Figure 2 shows the systems for feeding the bit to the bottomhole of the SBSh with a "soft" pneumatic hydraulic suspension of the executive body (IO) a) the design diagram of the pneumohydraulic suspension using a variable structure system (ATP), where 1 is the hydraulic cylinder of the pneumohydraulic suspension IO; 2 - check valve; 3 - adjustable choke; 4 - pneumatic hydroaccumulator (PGA); b) the trajectory of the rock-cutting body during the operation of the SPS, S is the coordinate of the bottom hole, X is the coordinate of the center of mass of the feed system.

На фигуре 3 показана конструктивная расчетная схема стабилизации динамических нагрузок в дифференциальной системе подачи долота на забой во всех рабочих режимах, где: 5 - гидромагистраль высокого давления; 6 - масса подающего механизма; 7 - буровой став; 10 - шарошечное долото; (а) - узел крепления конца рабочего каната подачи к опорной балке вращательно-подающего механизма (ВПМ); (е) - подвижный узел соединения каната 12 с гидроцилиндром 1; 11 - узел крепления корпуса цилиндра пневмоподвески 1 к корпусу СБШ; 9 - плунжер гидроцилиндра пневмоподвески; 8 - гидроцилиндр подачи с канатно-полиспастной системой формирования усилия давления долота на забой; 13 - плунжерная маслостанция высокого давления с регулируемым электроприводом.Figure 3 shows a constructive design scheme for stabilizing dynamic loads in the differential system for feeding the bit to the bottomhole in all operating modes, where: 5 - high pressure hydraulic line; 6 - the mass of the feeder; 7 - drill string; 10 - roller cone bit; (a) - a unit for attaching the end of the working feed rope to the support beam of the rotary-feeding mechanism (RPM); (f) - a movable joint of the rope 12 with the hydraulic cylinder 1; 11 - unit for attaching the air suspension cylinder body 1 to the SBSh body; 9 - plunger of the hydraulic cylinder of the air suspension; 8 - feed hydraulic cylinder with a rope-pulley system for generating the bit pressure force on the bottomhole; 13 - high pressure plunger oil station with a variable electric drive.

На фигуре 4 показана схема соединения элементов дифференциальной системы подачи долота на забой и действующих сил.Figure 4 shows a diagram of the connection of the elements of the differential system for feeding the bit to the bottom hole and the acting forces.

На фиг. 5 показано устройство стабилизации динамических нагрузок в дифференциальной системе подачи долота на забой с плунжерными гидроцилиндрами пневмоподвески 1 бурового става СБШ во всех рабочих режимах бурения, где: 15 - поршень со штоком цилиндра подачи; 16 - шаровой кран; F∑ - суммарное давление долота на забой, v=ω⋅r - линейная скорость резца на забое, ω - частота вращения, резца, r - радиус вращения.FIG. 5 shows a device for stabilizing dynamic loads in the differential system for feeding the bit to the bottom with plunger hydraulic cylinders for the pneumatic suspension 1 of the SBSh drilling string in all operating modes of drilling, where: 15 - piston with a feed cylinder rod; 16 - ball valve; F ∑ is the total pressure of the bit at the bottomhole, v = ω⋅r is the linear speed of the cutter at the bottomhole, ω is the frequency of rotation of the cutter, r is the radius of rotation.

На фигуре 6 показана конструктивная схема устройства подвижного узла (е) соединения плунжера 9 гидроцилиндра пневмогилроподвески 1 бурового става СБШ с рабочим канатом подачи 12: а) вид сверху; б) при отсутствии давления на забой; в) h - ход плунжера, 19 - корпус пневмогидгоцилиндра 1; 18 - подвижное звено; 20 - неподвижное звено.Figure 6 shows a structural diagram of the device of the movable unit (e) connecting the plunger 9 of the hydraulic cylinder of the pneumo-cylinder suspension 1 of the SBSh drilling string with the working feed rope 12: a) top view; b) in the absence of pressure on the bottomhole; c) h - plunger stroke, 19 - housing of pneumohydraulic cylinder 1; 18 - movable link; 20 - fixed link.

Система «СБШ - забой» представляет собой колебательную систему с кинематическим возбуждением со стороны забоя, координаты которого зависят от давления на него, а также как от настоящих, так и от предшествующих значений координат забоя, т.е. систему с предысторией процесса [5, 6, 7, 8]. Известно, что такие системы, обладающие «памятью», описываются дифференциальными уравнениями с запаздывающим аргументом и обладают особенностью, заключающейся в том, что даже при эффективном демпфировании они могут иметь неустойчивые нулевые решения. С практической точки зрения важно уметь выбирать динамические параметры системы подачи таким образом, чтобы система обладала свойством самовыравнивания забоя. При таком выборе параметров всегда в системе будет минимизировано кинематическое возбуждение со стороны забоя, Указанное свойство систем с памятью ярко проявляются в различных горных машинах, разрушающих забой.The “SBSH - bottomhole” system is an oscillating system with kinematic excitation from the bottomhole, the coordinates of which depend on the pressure on it, as well as on both the present and the previous values of the bottomhole coordinates, i.e. a system with a history of the process [5, 6, 7, 8]. It is known that such systems possessing "memory" are described by differential equations with a lagging argument and have the peculiarity that even with effective damping they can have unstable zero solutions. From a practical point of view, it is important to be able to select the dynamic parameters of the feed system in such a way that the system has the property of self-leveling of the bottom. With such a choice of parameters, the kinematic excitation from the bottomhole will always be minimized in the system. This property of systems with memory is clearly manifested in various mining machines that destroy the bottomhole.

Как уже отмечалось, при бурении с частотой вращения бурового става равной 120-130 оборотов в минуту (2 оборота в секунду) при 3-х шарошечном долоте возникают значительные резонансные колебаний бурового става в продольном направлении (Фигура 1). Частота этих колебаний равна утроенной частоте вращения долота и составляет 6.0-8.0 Герц. Тогда принимая собственную частоту колебаний близкую к околорезонансной частоте равной ωc=40 рад/с, массу системы подачи m2=4000 кг коэффициент эквивалентной жесткости системы подачи С1 определиться выражением:As already noted, when drilling with a rotational speed of the drill string equal to 120-130 revolutions per minute (2 revolutions per second) with a 3-roller bit, significant resonant vibrations of the drill string occur in the longitudinal direction (Figure 1). The frequency of these oscillations is equal to three times the bit rotation frequency and is 6.0-8.0 Hertz. Then, taking the natural vibration frequency close to the near-resonance frequency equal to ω c = 40 rad / s, the mass of the supply system m 2 = 4000 kg, the coefficient of the equivalent stiffness of the supply system С 1 is determined by the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

ТогдаThen

Figure 00000002
Figure 00000002

Тогда размахи усилия, передаваемые на корпус СБШ при амплитуде А=0,005 м, будут иметь значенияThen the force swing transmitted to the SBSh body with an amplitude of A = 0.005 m will have the values

Figure 00000003
Figure 00000003

При заданном давлении на забой Р()=20 тонн силы, действующие на корпус СБШ в режимах вибраций, максимальные:At a given bottomhole pressure P () = 20 tons, the forces acting on the SBSH body in vibration modes are maximum:

Figure 00000004
Figure 00000004

минимальные:minimum:

Figure 00000005
Figure 00000005

Учитывая, что связь между координатой х (ценр масс) и координатой s (координата забоя) слабая, координата х может считаться равной нулю х=0. Это означает, что корпус станка остается неподвижным при безотрывном движении по следу породоразрушаемого инструмента (резца, шарошечного долота) по неплоскому забою (с синусоидальным микропрофилем). Так как в некорректированных системах демпфирование близко к нулю, усилие, передаваемое на корпус СБШ при безотрывном движении ИО по забою примет видConsidering that the relationship between the x coordinate (center of mass) and the s coordinate (bottomhole coordinate) is weak, the x coordinate can be considered equal to zero x = 0. This means that the body of the machine tool remains stationary during continuous movement along the track of the rock cutting tool (cutter, roller cone bit) along the non-planar bottom (with a sinusoidal micro-profile). Since in uncorrected systems the damping is close to zero, the force transmitted to the SBSh body during the continuous movement of the EUT along the bottom will take the form

Figure 00000006
Figure 00000006

где А - амплитуда координаты забоя.where A is the amplitude of the bottomhole coordinates.

Показано, что при малом демпфировании и работе на околорезонансной частоте усилия в системе подачи распределяются таким образом, что при бурении скважин на забое устанавливаются зоны забоя с минимальным и зоны с максимальным давлением на забой.It is shown that with low damping and operation at a near-resonance frequency, the forces in the feed system are distributed in such a way that when drilling wells at the bottomhole, bottomhole zones with a minimum and zones with a maximum bottomhole pressure are established.

В этом режиме в различных точках забоя потребляется разная энергия, что приводит к различию мгновенных скоростей бурения в этих точках. Это явление приводит к отклонению формы забоя от плоской и к росту трех «волн» (по числу шарошек) на забое.In this mode, at different points of the bottomhole, different energy is consumed, which leads to a difference in instantaneous drilling speeds at these points. This phenomenon leads to a deviation of the bottomhole shape from a flat one and to the growth of three "waves" (according to the number of cones) at the bottomhole.

Часто высота этих «волн» может возрастать настолько, что продольные вибрации приводят к потере поперечной устойчивости бурового става и созданию аварийной ситуации. Такие интервалы бурения через незначительные отрезки времени могут исчезать самостоятельно (фигура 1). В противном случае возникает аварийная ситуация, которая устраняется машинистом изменением режима бурения и приводит к снижению производительности СБШ, к снижению стойкости шарошечного долота и повышенной аварийности станка в целом [5, 6, 7, 8].Often the height of these "waves" can increase so much that longitudinal vibrations lead to a loss of lateral stability of the drill string and create an emergency. Such intervals of drilling after small periods of time can disappear on their own (figure 1). Otherwise, an emergency situation arises, which is eliminated by the driver by changing the drilling mode and leads to a decrease in the performance of the SBS, to a decrease in the durability of a roller cone bit and an increased accident rate of the rig as a whole [5, 6, 7, 8].

Сравнительная оценка действия системы подвески СБШ со сниженным эквивалентным коэффициентом жесткости выполняется при следующих условиях.A comparative assessment of the action of the SBSh suspension system with a reduced equivalent stiffness coefficient is carried out under the following conditions.

1. Масса ИО СБШ m=4000 кг1. Weight of IO SBSh m = 4000 kg

2. Коэффициент жесткости корректированной системы подвески2. Rigidity coefficient of the corrected suspension system

СК=0,1СН, где СК, СН - коэффициенты жесткости корректированной и некорректированной систем подвески соответственно.C K = 0.1C H , where C K , C H are the stiffness coefficients of the corrected and uncorrected suspension systems, respectively.

Figure 00000007
Figure 00000007

3. Собственная частота3. Natural frequency

Figure 00000008
Figure 00000008

Из этого следует, что снижение коэффициента жесткости в десять раз приводит к снижению собственной частоты до 2 Гц, приблизительно в 3 раза. Снижение собственной частоты в три раза делает невозможным появление резонансных колебаний в номинальных режимах работы СБШ. Однако при малом демпфировании и стохастической нагрузке на забое в колебательной системе подачи будут возникать резонансные колебания на собственной частоте 2 Гц, что проверено на СБШ и очистных угольных комбайнах.It follows from this that a tenfold decrease in the stiffness coefficient leads to a decrease in the natural frequency to 2 Hz, approximately 3 times. A threefold decrease in the natural frequency makes it impossible for resonant oscillations to appear in the nominal operating modes of the SBSh. However, with low damping and stochastic load at the bottomhole, resonant oscillations at a natural frequency of 2 Hz will appear in the oscillating feed system, which has been tested on SBSH and shearers.

Компромиссное решение может быть получено при использовании в пневмогидравлической подвеске ИО системы переменной структуры (СПС) (фигура 2а). Такие системы часто придают колебательным системам ряд полезных свойств. При значении скорости перемещения долота s'>0 (движение от забоя) происходит с малыми коэффициентами демпфирования и жесткости, а при s'<0 (движение на забой) с высоким коэффициентом демпфирования равным или большим критического (фигура 2б). Известно, что в колебательной системе с коэффициентом демпфирования равным коэффициенту жесткости (критическое сопротивление) колебания вырождаются в прямую линию, не пересекая горизонтальную ось симметрии.A compromise solution can be obtained when using a variable structure system (ATP) in the pneumohydraulic suspension of the EUT (figure 2a). Such systems often impart a number of useful properties to oscillatory systems. When the bit rate s '> 0 (movement from the bottom) occurs with low damping and stiffness coefficients, and at s' <0 (movement to the bottom) with a high damping coefficient equal to or greater than the critical one (figure 2b). It is known that in an oscillatory system with a damping coefficient equal to the stiffness coefficient (critical resistance), oscillations degenerate into a straight line without crossing the horizontal axis of symmetry.

Известно, что достаточным условием устойчивости СПС является устойчивость одной из структур. При этом колебательная система получает качество неколебательной системы, в которой не проявляются резонансные режимы. Такие системы подачи долота на забой с СПС легко реализуются на базе гидравлических элементов: пневмогидравлических аккумуляторов (ПГА), цилиндров, дросселей, обратных клапанов и упругих элементов (фигура 2). Предполагая, что при s'<0 и μ≅μКРИТИЧЕСКОЕ координата s (траектория движения инструмента) изменяется, как показано на фиг. 2б линия - 2. При этом при движении по траектории, обозначенной точками 1-2-3, размах колебаний принимается равным 0,01 м с амплитудой А=0,005 м=0,5 см Тогда размах динамической составляющей усилия, передаваемого на корпус, составитIt is known that a sufficient condition for the stability of an HPS is the stability of one of the structures. In this case, the oscillatory system receives the quality of a non-oscillatory system, in which resonance modes are not manifested. Such systems for feeding a bit to the bottomhole with an ATP are easily implemented on the basis of hydraulic elements: pneumohydraulic accumulators (PGA), cylinders, throttles, check valves and elastic elements (figure 2). Assuming that for s'<0 and μ≅μ the CRITICAL coordinate s (tool path) changes as shown in Fig. 2b line - 2. At the same time, when moving along the trajectory indicated by points 1-2-3, the amplitude of oscillations is taken equal to 0.01 m with an amplitude of A = 0.005 m = 0.5 cm. Then the range of the dynamic component of the force transmitted to the body will be

Figure 00000009
Figure 00000009

Относительная величина динамического усилия в корректированной системе подачи определится выражением:The relative value of the dynamic force in the corrected feed system is determined by the expression:

Figure 00000010
Figure 00000010

Снижение коэффициента жесткости в 10 раз, динамическое усилие снижается в двадцать раз. Высокая эффективность СПС широко используется на практике.Decrease in stiffness coefficient by 10 times, dynamic effort is reduced by twenty times. The high efficiency of the ATP is widely used in practice.

Применение систем переменной структуры (СПС) в системах подачи долота на забой позволяют получать высокую степень стабилизации динамических нагрузок и формировать траекторию движения породоразрушающего инструмента, позволяющую получать автоматическое поддержание плоской формы забоя.The use of variable structure systems (VSS) in the systems for feeding the bit to the bottom allows to obtain a high degree of stabilization of dynamic loads and to form the trajectory of the rock-cutting tool, which makes it possible to automatically maintain the flat bottom shape.

Существенное снижение динамических нагрузок при использовании пневмогилроподвески в системах подачи СБШ позволит увеличить давление долота на забой на 20-30% и более от паспортных.A significant reduction in dynamic loads when using a pneumatic cylinder suspension in SBSH feed systems will increase the pressure of the bit at the bottom by 20-30% or more from the passport pressure.

Рассмотрим дифференциальную систему подачи долота на забой в станках шарошечного бурения взрывных скважин.Let us consider a differential system for feeding a bit to the bottomhole in rotary blasthole drilling rigs.

Дифференциальные методы широко применяются в науке и технике при исследовании и управлении поступательного, вращательного и колебательного движений, при измерении и управлении давлений газа и жидкостей, при измерении и управлении в электротехники и электроприводе и т.д.Differential methods are widely used in science and technology in the study and control of translational, rotational and oscillatory movements, in the measurement and control of gas and liquid pressures, in the measurement and control in electrical engineering and electric drive, etc.

Дифференциальный (разностный) метод измерений, в котором измеряемая величина (давление долота на забой) сравнивается с однородной величиной (усилие плунжера цилиндра подвески с давлением от пневмогидроаккумулятора), имеющее известное значение, незначительно отличающееся от измеряемой величины, в котором измеряется разность между этими величинами.Differential (differential) measurement method, in which the measured value (bit pressure at the bottom hole) is compared with a homogeneous value (the force of the suspension cylinder plunger with pressure from the pneumatic accumulator), which has a known value that slightly differs from the measured value, in which the difference between these values is measured.

На фигуре 3 показана конструктивная расчетная схема СБШ с канатно-полиспастной дифференциальной системой подачи долота на забой от гидроцилиндра подачи 8. Будем считать, что в системе подачи определены динамические параметры (массы, коэффициенты жесткости и демпфирования) и, например, принят следующий алгоритм управления, обеспечивающий заданные рабочие режимы бурения, и выполнено следующее:Figure 3 shows the design design of the SBSh with a rope-pulley differential system for feeding the bit to the bottomhole from the feed hydraulic cylinder 8. We assume that the feed system has defined dynamic parameters (masses, stiffness and damping coefficients) and, for example, the following control algorithm is adopted, ensuring the specified operating modes of drilling, and the following is done:

1. выбран диапазон рабочих режимов бурения, в котором применяется стабилизация динамических нагрузок (например, 20-40 тонн);1. a range of operating modes of drilling is selected, in which stabilization of dynamic loads is applied (for example, 20-40 tons);

2. назначено желаемое число режимов (например, 4-8);2. the desired number of modes is assigned (for example, 4-8);

3. вычислены давления в ПГА 4, при которых давление плунжера 9 в точке (е) равно заданному давлению на забой;3. Calculated pressures in PHA 4, at which the pressure of the plunger 9 at point (e) is equal to the given pressure at the bottom;

4. после задания давления на забой цилиндром подачи 8 включается насос высокого давления 13 и установляется в ПГА 4 давление газа, при котором усилие плунжера 9 в точке (е) было равно заданному усилию на забой;4. after setting the bottomhole pressure by the feed cylinder 8, the high-pressure pump 13 is turned on and the gas pressure is set in the PHA 4, at which the force of the plunger 9 at point (e) was equal to the given force at the bottom;

5. разработан алгоритм и реализуется схема автоматического управления режимами бурения.5. An algorithm has been developed and a scheme for automatic control of drilling modes is being implemented.

Работает дифференциальная система подачи следующим образом.The differential feed system works as follows.

При постановке бурового става 7 с долотом 10 на забой и при отсутствии давления в цилиндре подачи 8 давление на забой определяется давлением зарядки ПГА 4, при котором усилие на плунжере 9 составит 0.6-0.8 номинального давления, например 18 тонн.When setting the drilling rod 7 with bit 10 to the bottom and in the absence of pressure in the feed cylinder 8, the pressure at the bottom is determined by the charging pressure of the PHA 4, at which the force on the plunger 9 will be 0.6-0.8 of the nominal pressure, for example 18 tons.

После задания значения давления на забой при повышении давления в цилиндре подачи 8 поршень со штоком и системой блоков начинают подниматься до точки заданного режима. При этом автоматически включается электропривод плунжерного насоса высокого давления 13 и поднимается давление в ПГА 4 и плунжерном гидроцилиндре 1 до значения, при котором давление плунжера (точка е) равно усилию заданного режима бурения. При этом усилие давления на забой (точка а) и усилие плунжера в точке (е) равны между собой и противонаправлены. Система находится в статическом равновесии. Следует отметить, что усилия в рабочем канате с точками (а) и (е), в гибком звене системы подачи СБШ, всегда равны между собой.After setting the bottomhole pressure value with increasing pressure in the feed cylinder 8, the piston with the rod and the block system begin to rise to the point of the specified mode. At the same time, the electric drive of the high-pressure plunger pump 13 is automatically turned on and the pressure in the PGA 4 and the plunger hydraulic cylinder 1 rises to a value at which the plunger pressure (point e) is equal to the force of the specified drilling mode. In this case, the pressure force on the bottomhole (point a) and the force of the plunger at point (e) are equal and opposite to each other. The system is in static equilibrium. It should be noted that the efforts in the working rope with points (a) and (e), in the flexible link of the SBSh feed system, are always equal to each other.

При бурении плоского забоя точка (е) неподвижна, так как координаты забоя равны нулю, динамическая составляющая давления на забой отсутствует, статическое состояние сохраняется. При отклонении формы забоя от плоскости (фигура 3, позиции 7, 10) появляется динамическая составляющая, определяемая координатами забоя, нарушая баланс сил забоя и пневмоподвески. Эти значения координат передаются по гибкому звену (рабочему канату) (а-е) в узел (е), в виде кинематического возмущения, определяемого координатами забоя. Величина этих движений, выделенных с помощью применения дифференциального (разностного) метода, измеряется миллиметрами. Встречно направленные постоянные равные усилия плунжера 9 и долота 10 на забой выполняются управляемым давлением 13 в ПГА 4 и в цилиндре 1 пневмоподвески и управляемым давлением в цилиндре 8 подачи на забой компенсируются, а перемещения точка (е) зависят только от выделенного значения координат забоя (микропрофиля забоя).When drilling a flat bottomhole, point (e) is motionless, since the bottomhole coordinates are zero, the dynamic component of pressure on the bottomhole is absent, and the static state is preserved. When the face shape deviates from the plane (figure 3, positions 7, 10), a dynamic component appears, determined by the coordinates of the face, disrupting the balance of forces of the face and air suspension. These coordinate values are transmitted along the flexible link (working rope) (a-e) to the node (e), in the form of a kinematic disturbance, determined by the coordinates of the face. The magnitude of these movements, identified using the differential (difference) method, is measured in millimeters. The oppositely directed constant equal forces of plunger 9 and bit 10 to the bottom are performed by controlled pressure 13 in PGA 4 and in cylinder 1 of the air suspension and controlled pressure in cylinder 8 of feed to the bottom hole are compensated, and the displacement point (e) depends only on the selected value of the bottomhole coordinates (micro-profile face).

Усилие, передаваемое на корпус станка через гидроцилиндр 1, определяется эквивалентным коэффициентом жесткости системы подачи и размахом колебаний плунжера 9 в точке (е). Известно, что снижение частоты собственных колебаний системы в четыре раза снижает коэффициент жесткости колебательной системы в 16 раз, При этом усилие, передаваемое на корпус станка, снижается во много раз.The force transmitted to the machine body through the hydraulic cylinder 1 is determined by the equivalent stiffness coefficient of the feed system and the swing of the plunger 9 at point (e). It is known that a decrease in the frequency of natural vibrations of the system by four times reduces the stiffness coefficient of the oscillatory system by 16 times, while the force transmitted to the machine body decreases many times.

На фигуре 4 приведена схема соединения элементов дифференциальной системы подачи, значения и направления действия сил в системе.Figure 4 shows a diagram of the connection of the elements of the differential feed system, the values and directions of the forces in the system.

Здесь 14 - источник формирования заданного давления на забой и электропривод вращателя долота (не указан). Узел крепления (а) рабочего каната 12 к вращательно - подающему механизму и к рабочей ветви каната между узлами (а) и (е). Узел (е) связан подвижным соединением с плунжером гидроцилиндра 1, корпус которого соединен с корпусом СБШ. Конструкция реализации подвижного узла (е) представлена на фигуре 6. Она состоит из неподвижного звена 20, закрепленного на корпусе СБШ, и подвижного звена 18, соединенного с рабочим канатом подачи. Гидроцилиндр 1 с корпусом 19 устанавливается в неподвижном звене 20, а плунжер 17 устанавливается на основание подвижного звена 20 (фигура 6 вид б). Полный ход плунжера - h при (фигура 6 вид в)Here 14 is a source of formation of a given pressure on the bottomhole and an electric drive of the bit rotator (not specified). The attachment point (a) of the working rope 12 to the rotational-feeding mechanism and to the working branch of the rope between the nodes (a) and (e). The unit (e) is connected by a movable connection with the plunger of the hydraulic cylinder 1, the body of which is connected to the SBSh body. The design of the implementation of the movable unit (e) is shown in figure 6. It consists of a fixed link 20, fixed on the SBSh body, and a movable link 18, connected to the working feed rope. The hydraulic cylinder 1 with the housing 19 is installed in the fixed link 20, and the plunger 17 is installed on the base of the movable link 20 (figure 6, view b). Full stroke of the plunger - h at (figure 6, view c)

В традиционных современных системах подачи узел (е) связан с корпусом СБШ. При этом колебательная система представлена массой вращательно - подающего механизма и упругим элементом в виде рабочего каната подачи. Поэтому собственная частота колебаний этого контура близка к частоте возмущений (6-8 Герц), а коэффициент жесткости - 5-6 т/см. Следует отметить, что при бурении «мягких» пород резонансные режимы вибраций отсутствуют. Поэтому создание второго «умного» забоя на другом конце рабочего каната обеспечит спокойную работу во всех режимах бурения. Этот «забой» обеспечивает собственную частоту колебательного контура системы подачи 1.0-2.0 Гц, а применение обратного клапана и регулируемого дросселя преобразует его в неколебательную систему переменной структуры с малым коэффициентом жесткости, в 15-20 меньшим, чем в традиционной системе.In traditional modern feed systems, the unit (e) is connected to the SBSh body. At the same time, the oscillating system is represented by the mass of the rotational-feed mechanism and an elastic element in the form of a working feed rope. Therefore, the natural frequency of oscillations of this circuit is close to the disturbance frequency (6-8 Hertz), and the stiffness coefficient is 5-6 t / cm. It should be noted that there are no resonant vibration modes when drilling "soft" rocks. Therefore, the creation of a second “smart” face at the other end of the working line will ensure smooth operation in all drilling modes. This "bottom" provides the natural frequency of the oscillating circuit of the feed system of 1.0-2.0 Hz, and the use of a check valve and an adjustable throttle transforms it into a non-oscillatory system of variable structure with a low stiffness coefficient, 15-20 less than in a traditional system.

В целом можно отметить, что применение дифференциальных систем подачи долота на забой имеет следующие преимущества.In general, it can be noted that the use of differential systems for feeding the bit to the bottom has the following advantages.

1. Позволяет компенсировать постоянные равные заданные усилия: усилие давления на забой и встречное равное усилие плунжера пневмоподвески. При этом удается выделить динамическую составляющую из полного давления на забой.1. Allows you to compensate for constant equal preset forces: pressure force on the bottom hole and counter equal force of the air suspension plunger. At the same time, it is possible to separate the dynamic component from the total pressure on the bottomhole.

2. Позволяет обеспечивать стабилизацию динамических нагрузок во всем диапазоне рабочих режимов СБШ;2. Allows to provide stabilization of dynamic loads in the entire range of SBSh operating modes;

2. Уровень стабилизации при максимальных давлениях на забой не хуже1-2%; от максимальных давлений.2. The level of stabilization at maximum bottomhole pressures is not worse than 1-2%; from maximum pressures.

3. Снижение собственной частоты в системе подачи до 1.0-2.0 Гц позволяет надежно уйти от резонансных колебаний на рабочих режимах;3. Reducing the natural frequency in the feed system to 1.0-2.0 Hz allows you to reliably avoid resonance oscillations in operating modes;

4. Использовать систему с переменной структурой, которая позволяет исключить резонансные колебания на собственной частоте системы подачи и управлять траекторией движения породоразрушающего инструмента;4. Use a system with variable structure, which allows you to exclude resonance oscillations at the natural frequency of the feed system and control the trajectory of the rock cutting tool;

5. Увеличить давление на забой на 20-30% и более при модернизации действующих современных СБШ.5. Increase bottomhole pressure by 20-30% or more during modernization of existing modern SBShs.

Устройство стабилизации динамических нагрузок с дифференциальной канатною - полиспастной системой с гидроцилиндром подачиA device for stabilizing dynamic loads with a differential rope-pulley system with a hydraulic feed cylinder

Канатно-полиспастные системы с гидроцилиндром подачи широко применяются в мировой практике при создании буровых станков шарошечного бурения взрывных скважин. Как правило, в таких системах отсутствуют корректирующие устройства для существенного снижения коэффициента жесткости, и, следовательно, снижения высоких динамических нагрузок при бурении крепких и трещиноватых пород.Rope-pulley systems with a hydraulic feed cylinder are widely used in world practice when creating drilling rigs for roller cone drilling of blast holes. As a rule, such systems lack corrective devices to significantly reduce the stiffness coefficient, and, consequently, to reduce high dynamic loads when drilling hard and fractured rocks.

Предлагаемая дифференциальная канатно-полиспастная система подачи долота на забой станков шарошечного бурения взрывных скважин (фигура 5) включают в себя: гидроцилиндры пневмогидравлической подвески 1, бурового става 7 с шарошечным долотом 10, плунжеры 9, которые соединены с узлами крепления концов (е) канатов подачи 12, а корпусы цилиндров 1 пневмоподвески в узлах 11 закреплены на корпусе СБШ. Плунжерные полости гидроцилиндров 1 и гидравлическая маслостанция высокого давления 13 сообщаются между собой гидравлической магистралью высокого давления 5. Пневмогидравлический аккумулятор 4 сообщается с магистралью 5 через обратный клапан 2, регулируемый дроссель 3 и через шаровой кран 16.The proposed differential rope-pulley system for feeding the bit to the bottom of the roller-cone drilling rigs of blast holes (figure 5) includes: hydraulic cylinders of pneumatic-hydraulic suspension 1, drilling rod 7 with roller cone bits 10, plungers 9, which are connected to the attachment points of the ends (e) of the feed ropes 12, and the bodies of the cylinders 1 of the air suspension in the nodes 11 are fixed on the body of the SBSh. The plunger cavities of the hydraulic cylinders 1 and the high-pressure hydraulic oil station 13 are interconnected by a high-pressure hydraulic line 5. The pneumohydraulic accumulator 4 is connected to the line 5 through the check valve 2, the adjustable throttle 3 and through the ball valve 16.

Рабочая ветвь каната подачи 12 (гибкий элемент передачи механического усилия) закреплен с одной стороны в узле крепления в точке (а) к опорному узлу вращательно-подающему механизму СБШ, а с другой - к плунжеру 9 в подвижной точке (е) цилиндров пневмогидравлической подвески 1.The working branch of the feed rope 12 (a flexible element for transferring mechanical force) is fixed on one side in the attachment point at point (a) to the support unit of the SBSh rotary-feeding mechanism, and on the other, to the plunger 9 at the movable point (e) of the pneumohydraulic suspension cylinders 1 ...

Предлагаемое устройство стабилизации динамических нагрузок СБШ с дифференциальной системой подачи работает следующим образом.The proposed device for stabilizing dynamic loads SBSh with a differential feed system works as follows.

1.Вращательно-подающий механизм отключен.1.Rotary feeder is disabled.

Давление на забой отсутствует. Поршень со штоком 15 цилиндра подачи 8 занимает нижнее положение. Шаровой кран 16 открыт, плунжер цилиндра пневмогидравлической подвески 1 бурового става 7 с шарошечным долотом 10 занимает нижнее положение под действием зарядного давления газа в ПГА. При этом усилие натяжения канатов составляет 0,6-0,8 номинального давления долота на забой, которое определяется произведением площадей плунжеров цилиндра 3 на зарядное давление газа в ПГА.There is no downhole pressure. The piston with the rod 15 of the feed cylinder 8 is in the lower position. The ball valve 16 is open, the plunger of the cylinder of the pneumohydraulic suspension 1 of the drilling string 7 with the roller cone bit 10 is in the lower position under the action of the gas charging pressure in the PHA. In this case, the tension force of the ropes is 0.6-0.8 of the nominal pressure of the bit at the bottom, which is determined by the product of the areas of the plungers of cylinder 3 by the charging pressure of the gas in the PHA.

2. Система подачи включена. Вращение долота отсутствует.2. The feed system is on. There is no bit rotation.

При подаче рабочей жидкости в поршневую полость цилиндра подачи 8 поршень со штоком 15 начинает движение вверх, перемещая буровой став 7 с шарошечным долотом 10 на забой. При постановке долота на забой движение бурового става прекращается, а давление в поршневой полости цилиндра подачи 8 начинает возрастать. Когда давление в поршневой полости цилиндра подачи 8 сформирует заданное усилие на забое, автоматически включается электропривод маслостанции 13 и закачивает масло в масляную магистраль высокого давления 5 до тех пор, пока давление масла в ПГА не достигнет значения, которое обеспечивает усилие на плунжере гидроцилиндра 1 в точке (е) равному и противонаправленнму усилию в гибком звене (в канате подачи) в точке (а).When the working fluid is supplied to the piston cavity of the feed cylinder 8, the piston with the rod 15 begins to move upward, moving the drilling string 7 with the roller cone bit 10 to the bottom. When setting the bit to the bottom, the movement of the drill string stops, and the pressure in the piston cavity of the feed cylinder 8 begins to increase. When the pressure in the piston cavity of the feed cylinder 8 forms a predetermined force at the bottomhole, the electric drive of the oil station 13 is automatically turned on and pumps oil into the high pressure oil line 5 until the oil pressure in the PHA reaches a value that provides the force on the plunger of the hydraulic cylinder 1 at the point (f) equal and opposite force in the flexible link (in the feed line) at point (a).

3. Бурение с максимальными давлением на забой и частотой вращения долота. При безотрывном движении резца (шарошки) по следу на плоском забое низкочастотная переменная составляющая силового воздействия в системе подачи в продольном направлении бурового става отсутствует. Заданная постоянная составляющая усилия давления долота на забой рабочими канатами подачи 12 уравновешивается усилиями на плунжерах 9 цилиндров 1 с узлами креплений концов канатов подачи 1 в узлах (а) и (е).3. Drilling with maximum bottomhole pressure and bit rotational speed. With the continuous movement of the cutter (roller cutter) along the track on the flat bottom, the low-frequency variable component of the force action in the feed system in the longitudinal direction of the drill string is absent. The predetermined constant component of the bit pressure force on the bottomhole by the working feed ropes 12 is balanced by the forces on the plungers 9 of the cylinders 1 with the attachment points for the ends of the feed ropes 1 in the nodes (a) and (e).

При безотрывном движении долота по волнообразному забою система подачи получает периодическое кинематическое возбуждение с размахом колебаний в продольном направлении, определяемое координатами забоя. При движении долота от забоя рабочая жидкость из цилиндра пневмогидроподвески 1 вытесняется через обратный клапан 2 в пневмогидравлический аккумулятор 4, а при движении долота на забой - из пневмогидравлического аккумулятора вытесняется через регулируемый дроссель 3 с критическим или большим значением коэффициентом демпфирования в цилиндр пневмоподвески, образуя неколебательную систему с переменной структурой и обеспечивая отсутствие резонансных колебаний во всех паспортных режимах работы станков шарошечного бурения.With the continuous movement of the bit along the undulating bottom, the feed system receives periodic kinematic excitation with a range of oscillations in the longitudinal direction, determined by the coordinates of the bottom. When the bit moves from the bottom hole, the working fluid from the pneumatic hydraulic suspension cylinder 1 is displaced through the check valve 2 into the pneumatic hydraulic accumulator 4, and when the bit moves to the bottom hole, it is displaced from the pneumatic hydraulic accumulator through an adjustable choke 3 with a critical or large value of the damping coefficient into the air suspension cylinder, forming a non-oscillating system with a variable structure and ensuring the absence of resonance vibrations in all passport operating modes of rotary cutters.

Динамическая составляющая давления на забой (коэффициент жесткости с) σ (кНм) определяется выражениемThe dynamic component of bottomhole pressure (stiffness coefficient c) σ (kNm) is determined by the expression

Figure 00000011
Figure 00000011

где Fm - максимальное давление долота на забой, δ - принятый размах колебаний долота 0,01 м при движении по волнообразному забою, Vm (см3) - объем сжатого газа пневмогидравлического аккумулятора при максимальном давлении долота Fm на забой, Sп (см2) - площадь поршня гидроцилиндра 3 пневмоподвески. Принятый размах 0,01 м превращает (11) в коэффициент жесткости «пневмопружины» гидроцилиндра 3 с ПГА пневмогидравлической подвески.where F m is the maximum pressure of the bit at the bottomhole, δ is the accepted range of oscillations of the bit 0.01 m when moving along a wave-like bottom, V m (cm 3 ) is the volume of compressed gas of the pneumohydraulic accumulator at the maximum pressure of the bit F m at the bottom, S p ( cm 2 ) - area of the piston of the hydraulic cylinder 3 of the air suspension. The accepted span of 0.01 m turns (11) into the coefficient of stiffness of the "pneumatic spring" of the hydraulic cylinder 3 with the PGA of the pneumohydraulic suspension.

Пример определения параметров дифференциальной системы подачи станка шарошечного бурения с канатно-полиспастной системой и гидроцилиндром подачиAn example of determining the parameters of the differential feed system of a roller cone drilling machine with a rope-pulley system and a feed hydraulic cylinder

Принятые параметры:Accepted parameters:

1. Максимальное давление на забой - Fm=40 тонн;1. Maximum bottomhole pressure - F m = 40 tons;

2. Емкость ПГА - Q=16 литров;2. Capacity of PHA - Q = 16 liters;

3. Площадь плунжера пневмогидроподвески - q=75 см2;3. The area of the pneumohydraulic suspension plunger - q = 75 cm 2 ;

4. Число цилиндров пневмогидроподвески - n=2 шт.;4. The number of pneumatic hydraulic suspension cylinders - n = 2 pcs .;

5. Степень стабилизации динамических нагрузок при Fm=40 т. и размахе колебаний σ=0,01 м. - не хуже 2%5. The degree of stabilization of dynamic loads at F m = 40 tons and a swing of oscillations σ = 0.01 m - no worse than 2%

6. Собственная частота колебаний при Fm=40 т. - 1,5-2,5 Гц;6. Natural frequency of oscillations at F m = 40 t. - 1.5-2.5 Hz;

7. Режимы бурения Fm=16, 21, 31, 36 тонн7. Drilling modes F m = 16, 21, 31, 36 tons

8. Масса подвижных частей системы подачи m=4000 кг.8. The mass of the moving parts of the feed system is m = 4000 kg.

Учитывая массу подвижных частей системы подачи, при создании системой подачи усилия в пункте 7 давления на забой примут значения 20, 25, 35, 40 тонн.Taking into account the mass of the moving parts of the feed system, when the feed system creates the force at point 7, the pressure on the bottomhole will take values of 20, 25, 35, 40 tons.

Для режима бурения - Fm=36 тоннFor drilling mode - F m = 36 tons

1) Давление газа в ПГА при максимальным давлением на забой1) Gas pressure in PHA at maximum bottomhole pressure

Figure 00000012
Figure 00000012

2) Давление зарядки ПГА при минимальном давлении на забой2) Charging pressure of PHA at minimum bottomhole pressure

Figure 00000013
Figure 00000013

3) Объем сжатого газа при максимальном давлении на забой

Figure 00000014
3) Compressed gas volume at maximum bottomhole pressure
Figure 00000014

4) Изменение давления в ПГА при перемещении плунжера гидроцилиндра на 0,01 метра

Figure 00000015
4) Change in pressure in the PHA when moving the plunger of the hydraulic cylinder by 0.01 meters
Figure 00000015

5) Изменение давления на забой при перемещении плунжераов гидроцилиндров на 0,01 м (коэффициент жесткости)5) Change in pressure at the bottom when moving the plungers of the hydraulic cylinders by 0.01 m (stiffness coefficient)

ΔF=C=ΔP⋅2q=4,76⋅150 кг.см=715,23 кг.см=715230 Н⋅мΔF = C = ΔP⋅2q = 4.76⋅150 kg.cm = 715.23 kg.cm = 715230 N⋅m

6) С учетом последовательно соединенным канатом эквивалентный коэффициент жесткости подающей системы6) Taking into account the series-connected rope, the equivalent coefficient of rigidity of the supply system

Figure 00000016
Figure 00000016

где коэффициенты жесткости:where the stiffness coefficients:

С∑=636550 Н⋅м - эквивалентный системы подачи, СПП=675000 Н⋅ м -пневмопружины пневмоподвески, СКР=6400000 Н⋅м - рабочего каната системы подачи.With Σ = 636,550 Nm - equivalent feed system C PP = 675000 m N⋅ -pnevmopruzhiny pneumatic, C = KR 6400000 Nm - working cable delivery system.

7) Собственная круговая частота колебаний в системе подачи7) Natural circular oscillation frequency in the feed system

Figure 00000017
Figure 00000017

8) Собственная частота колебаний в системе подачи8) Natural vibration frequency in the feed system

Figure 00000018
Figure 00000018

9) Коэффициент жесткости в колебательной системе подачи9) Coefficient of stiffness in the oscillating feed system

с=ω2⋅m=169⋅4000=676000 Н⋅мs = ω 2 ⋅m = 169⋅4000 = 676000 N⋅m

10) Степень стабилизации: к=ΔF/Fm=600/36000=0,017 (1,7%).10) Degree of stabilization: k = ΔF / F m = 600/36000 = 0.017 (1.7%).

Представленный расчет справедлив для классической линейной колебательной системы, состоящей из массы подвижных частей системы подачи и упругого элемента с эквивалентным коэффициентом жесткости системы подачи при последовательном соединении канатов подачи и цилиндров пневмоподвески без применения переменной структуры колебательного контура системы подачи.The presented calculation is valid for a classical linear oscillatory system, consisting of a mass of moving parts of the feed system and an elastic element with an equivalent coefficient of stiffness of the feed system when the feed ropes and air suspension cylinders are connected in series without using the variable structure of the oscillatory circuit of the feed system.

Figure 00000019
Figure 00000019

Примечания:Notes:

1. Собственная частота колебаний дифференциальной системы подачи с пневмоподвеской бурового става составит приблизительно (1-2) Гц, что значительно меньше частоты (6-8 Гц) возмущения и исключает резонансные колебания в рабочих режимах.1. The natural frequency of oscillations of the differential feed system with air suspension of the drilling string will be approximately (1-2) Hz, which is much less than the frequency (6-8 Hz) of the disturbance and excludes resonance oscillations in operating modes.

2. В силу малого демпфирования и стохастического характера возмущающих воздействий в системе подачи будут возникать резонансные колебания на собственной частоте (1,5-2) Гц.2. Due to the low damping and stochastic nature of the disturbing influences in the supply system, resonant oscillations will occur at the natural frequency (1.5-2) Hz.

3. Применение переменной структуры в колебательном контуре системы подачи позволяет исключить резонансные режимы во всех паспортных режимах и управлять траекторией движения породоразрушающего инструмента по забою.3. The use of a variable structure in the oscillating circuit of the feed system allows to exclude resonance modes in all passport modes and to control the trajectory of the rock cutting tool along the bottomhole.

4. В примере степень стабилизации принята для размаха колебаний 1 см. В реальных условиях при таком размахе координат на забое динамические усилия будут достигать аварийных значений. Применение переменной структуры в колебательном контуре системы подачи позволит снизить размах и динамические нагрузки в 10-20 раз по сравнению с не корректированной системой подачи.4. In the example, the degree of stabilization is taken for a swing range of 1 cm. In real conditions, with such a range of coordinates at the bottomhole, the dynamic forces will reach emergency values. The use of a variable structure in the oscillatory circuit of the feed system will reduce the swing and dynamic loads by a factor of 10-20 in comparison with an uncorrected feed system.

5. Если в некорректированной системе подачи неподвижный конец рабочего каната закрепляется непосредственно на корпусе СБШ, то в дифференциальной системе подачи он соединяется с корпусом СБШ через последовательно соединенные рабочий канат подачи и пневмопружина, коэффициент жесткости которой в 10-20 раз меньше жесткости каната подачи.5. If in an uncorrected feed system the stationary end of the working rope is fixed directly on the SBSh body, then in the differential feeding system it is connected to the SBSh body through a series-connected working feed rope and a pneumatic spring, the stiffness coefficient of which is 10-20 times less than the feed rope stiffness.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №264295 кл. Е21В 17/06 1966.1. USSR author's certificate No. 264295 class. E21B 17/06 1966.

2. Авторское свидетельство СССР №386122, кл. Е21В 17/06, 1966.2. USSR author's certificate No. 386122, class. E21B 17/06, 1966.

3. United States Patent, Drill Stem shock absorber, US 3746330 1973.3. United States Patent, Drill Stem shock absorber, US 3746330 1973.

4. Патент РФ №2482259 2013. Вращательно-подающая система бурового станка.4. RF patent №2482259 2013. Rotary feed system of the drilling rig.

5. Загривный Э.А. «Динамические модели и устойчивость подсистемы "исполнительный орган-забой" горной машины» Автореф. докторской диссертации, СПб, 1996.5. Zagrivny E.A. "Dynamic models and stability of the subsystem" executive body-face "of a mining machine" Abstract of Ph.D. doctoral dissertation, St. Petersburg, 1996.

6. Загривный Э.А., Басин Г.Г. Формирование внешней динамики горных машин. "Записки горного института», г. СПб, 2016, т 217, с. 140-149.6. Zagrivny E.A., Basin G.G. Formation of the external dynamics of mining machines. "Notes of the Mining Institute", St. Petersburg, 2016, t 217, pp. 140-149.

7. Загривный Э.А., Басин Г.Г. Обоснование рациональных параметров систем подачи станков шарошечного бурения. // «Научная перспектива», г. Уфа, 2016, №2, С. 39-44.7. Zagrivny E.A., Basin G.G. Substantiation of rational parameters of roller-cone drilling machine feed systems. // "Scientific perspective", Ufa, 2016, No. 2, pp. 39-44.

8. Загривный Э.А. Басин Г.Г. Синтез устойчивой подающей системы станка шарошечного бурения при работе на разрушаемом забое. / «Журнал научных и прикладных исследований», г. Уфа, 2016, №3, С. 137-142в.8. Zagrivny E.A. Basin G.G. Synthesis of a stable feed system of a rotary cutter when working on a destructible bottomhole. / "Journal of Scientific and Applied Research", Ufa, 2016, No. 3, pp. 137-142v.

9. Загривный Э.А., Поддубный Д.А. Стабилизация динамических нагрузок во вращательно-подающей системе станка шарошечного бурения взрывных скважин / Сборник научных статей по итогам работы Международного научного форума Наука и инновации-современные концепции (г. Москва, 3 мая 2019 г.). - Москва: Издательство Инфинити, 2019.9. Zagrivny E.A., Poddubny D.A. Stabilization of dynamic loads in the rotary-feed system of the rotary-cutter blasthole drilling machine / Collection of scientific articles following the results of the International Scientific Forum Science and Innovation-Modern Concepts (Moscow, May 3, 2019). - Moscow: Infinity Publishing House, 2019.

Claims (6)

1. Устройство стабилизации динамических нагрузок в дифференциальных системах подачи долота на забой станков шарошечного бурения взрывных скважин (СБШ), включающее массу 6 системы подачи с опорным узлом, буровой став 7 с долотом 10, два плунжерных гидроцилиндра 1 пневмогидроподвески бурового става с плунжерами 9, корпусы 11 которых закреплены на корпусе СБШ, а их плунжерные полости соединены гидромагистралью 5 высокого давления, к которой подключены пневмогидроаккумулятор 4, регулируемый дроссель 3 и обратный клапан 2, при этом гибкое звено рабочих канатов 12 через систему блоков и подвижные концы канатов системы подачи (точки а) связаны с массой 6 системы подачи с опорным узлом, буровым ставом 7, шарошечным долотом 10 и забоем, отличающееся тем, что в гидромагистраль 5 высокого давления введена плунжерная маслостанция 13 высокого давления с регулируемым электроприводом, которая через шаровой кран 16 и параллельно соединенные обратный клапан 2 и регулируемый дроссель 3 соединена с пневмогидроаккумулятором 4, при этом плунжеры гидроцилиндров 1 пневмогидроподвески соединены в подвижных узлах (в точках е) с рабочими канатами 12 системы подачи, действующие силы в которых равны и противонаправлены, при этом формируется дифференциальная система подачи долота на забой.1. A device for stabilizing dynamic loads in differential systems for feeding a bit to the bottomhole of roller-cone drilling rigs for blast holes, including the mass 6 of the feed system with a support unit, a drill string 7 with a bit 10, two plunger hydraulic cylinders 1 of a pneumatic hydraulic suspension of a drill string with plungers 9, bodies 11 of which are fixed on the SBSh body, and their plunger cavities are connected by a high-pressure hydraulic line 5, to which a pneumatic accumulator 4, an adjustable throttle 3 and a check valve 2 are connected, while the flexible link of the working ropes 12 through the block system and the moving ends of the feed system ropes (points a ) connected with the mass 6 of the supply system with a support unit, a drilling rod 7, a roller cone bit 10 and a bottom hole, characterized in that a high-pressure plunger oil station 13 with an adjustable electric drive is introduced into the high-pressure hydraulic line 5, which is through a ball valve 16 and a parallel-connected check valve 2 and an adjustable throttle 3 is connected to a pneumatic accumulator 4, while the plungers of the hydraulic cylinders 1 of the pneumatic hydraulic suspension are connected in movable nodes (at points e) with the working ropes 12 of the feed system, the acting forces in which are equal and opposite, while a differential system for feeding the bit to the bottomhole is formed. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что применяют в качестве гидроцилиндров 1 пневмогидроподвески бурового става плунжерные гидроцилиндры одностороннего действия.2. The device according to claim 1, characterized in that unilateral plunger hydraulic cylinders are used as hydraulic cylinders 1 for pneumohydraulic suspension of the drilling rod. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что применяют в качестве гидроцилиндров 1 пневмогидроподвески бурового става поршневые гидроцилиндры. 3. The device according to claim 1, characterized in that piston hydraulic cylinders are used as hydraulic cylinders 1 for pneumatic hydraulic suspension of the drilling rod. 4. Способ стабилизации динамических нагрузок в системах подачи долота на забой станков шарошечного бурения взрывных скважин устройством по п.1, включающий постановку бурового става 7 с шарошечным долотом 10 на забой, задание давления на забой с помощью гидроцилиндра 1, последующее бурение, отличающийся тем, что перед заданием давления на забой выбирают диапазон рабочих режимов бурения, в котором применяется стабилизация динамических нагрузок, назначают желаемое число режимов, определяют для режима максимального паспортного усилия на забое давление газа в пневмогидроаккумуляторе 4, при котором давление плунжера 9 гидроцилиндра 1 в подвижной точке (е) его соединения с рабочим канатом 12 было равно и противонаправлено заданному давлению на забой, формируя при этом дифференциальную систему подачи и выделяя кинематическое возбуждение долота на забое, далее определяют объём газа в пневмогидроаккумуляторе 4 при найденном давлении для обеспечения собственной частоты системы подачи в диапазоне от 1,0 до 2,0 Гц, определяют для остальных режимов параметры, аналогичные режиму максимального паспортного усилия на забое, переключение режимов осуществляют по заданному алгоритму.4. A method of stabilizing dynamic loads in the systems for feeding the bit to the bottomhole of the roller cone drilling rigs of blast holes with the device according to claim 1, including setting the drilling string 7 with the roller cone bit 10 to the bottomhole, setting the bottomhole pressure using the hydraulic cylinder 1, subsequent drilling, characterized by that before setting the bottomhole pressure, the range of operating modes of drilling is selected, in which the stabilization of dynamic loads is applied, the desired number of modes is assigned, the gas pressure in the pneumatic accumulator 4 is determined for the regime of the maximum passport force at the bottom, at which the pressure of the plunger 9 of the hydraulic cylinder 1 at the moving point (e ) its connection with the working rope 12 was equal and opposite to the specified pressure on the bottomhole, thus forming a differential feed system and highlighting the kinematic excitation of the bit at the bottomhole, then determine the volume of gas in the pneumatic accumulator 4 at the pressure found to ensure the natural frequency of the supply system in the range from 1.0 to 2.0 Hz, parameters are determined for the remaining modes, which are similar to the mode of the maximum nominal effort at the bottomhole, the modes are switched according to a given algorithm. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что диапазон режимов выбирают от 20 т до 40 т.5. The method according to claim 4, characterized in that the range of modes is selected from 20 tons to 40 tons. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что количество режимов выбирают от 5 до 8.6. The method according to claim 4, characterized in that the number of modes is selected from 5 to 8.
RU2020119727A 2020-06-15 2020-06-15 Method of stabilizing dynamic loads in machines of cone-hole drilling of blast holes with differential system of supply of bit to face and device for implementation thereof RU2740961C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119727A RU2740961C1 (en) 2020-06-15 2020-06-15 Method of stabilizing dynamic loads in machines of cone-hole drilling of blast holes with differential system of supply of bit to face and device for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119727A RU2740961C1 (en) 2020-06-15 2020-06-15 Method of stabilizing dynamic loads in machines of cone-hole drilling of blast holes with differential system of supply of bit to face and device for implementation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740961C1 true RU2740961C1 (en) 2021-01-22

Family

ID=74213256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020119727A RU2740961C1 (en) 2020-06-15 2020-06-15 Method of stabilizing dynamic loads in machines of cone-hole drilling of blast holes with differential system of supply of bit to face and device for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740961C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4137974A (en) * 1977-01-06 1979-02-06 Smith International, Inc. Hydraulically driven kelly crowd
SU1390340A1 (en) * 1985-05-23 1988-04-23 Криворожский горнорудный институт Drilling rig
US6094910A (en) * 1995-12-22 2000-08-01 Maritime Hydraulics As Apparatus and method for raising and lowering a piston in a piston cylinder arrangement in a derrick
RU2247213C1 (en) * 2003-06-03 2005-02-27 Гой Владимир Леонтьевич Drilling plant
RU2482259C2 (en) * 2011-08-08 2013-05-20 Закрытое акционерное общество "Управляющая горная машиностроительная компания - Рудгормаш" (ЗАО "УГМК-Рудгормаш") Rotational supply system of drilling machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4137974A (en) * 1977-01-06 1979-02-06 Smith International, Inc. Hydraulically driven kelly crowd
SU1390340A1 (en) * 1985-05-23 1988-04-23 Криворожский горнорудный институт Drilling rig
US6094910A (en) * 1995-12-22 2000-08-01 Maritime Hydraulics As Apparatus and method for raising and lowering a piston in a piston cylinder arrangement in a derrick
RU2247213C1 (en) * 2003-06-03 2005-02-27 Гой Владимир Леонтьевич Drilling plant
RU2482259C2 (en) * 2011-08-08 2013-05-20 Закрытое акционерное общество "Управляющая горная машиностроительная компания - Рудгормаш" (ЗАО "УГМК-Рудгормаш") Rotational supply system of drilling machine

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E.A. ZAGRIVNY. Stabilization of dynamic loads in the rotary-feeding system of a rotary-cutter blasthole drilling machine // Collection of scientific articles based on the results of the work of the International Scientific Forum SCIENCE AND INNOVATION - MODERN CONCEPTS (May 3, 2019), M., Infinity Publishing House, 2019, only 86 p. ., pp. 72-81. *
ЗАГРИВНЫЙ Э.А. и др. Стабилизация динамических нагрузок во вращательно-подающей системе станка шарошечного бурения взрывных скважин // Сборник научных статей по итогам работы Международного научного форума НАУКА И ИННОВАЦИИ - СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ (3 мая 2019), М., Издательство Инфинити, 2019, всего 86 с., с.72-81. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10416024B2 (en) System and method for monitoring and controlling underground drilling
US7036612B1 (en) Controllable magneto-rheological fluid-based dampers for drilling
AU711088B2 (en) Method of regulating drilling conditions applied to a well bit
DE112013007492T5 (en) Controlling a borehole using smoothing
CN106133273B (en) Muse shoe is isolated
GB2441436A (en) Method for optimizing the location of a secondary cutting structure in a drill string
CN108138545A (en) Active control type self-adjusting drill bit and related system and method
NO178590B (en) Method and system for controlling vibration in borehole equipment
NO20110130A1 (en) Controllable pilot drill bit, drilling system and method for drilling curved boreholes
CN102705140A (en) Drilling power tool, drilling tool and drilling method for forming boreholes
CN207920523U (en) A kind of geotechnical investigation drilling equipment
Litvinenko et al. Justification of the technological parameters choice for well drilling by rotary steerable systems
US20130186686A1 (en) Method and Apparatus for Vibrating Horizontal Drill String to Improve Weight Transfer
US20090000826A1 (en) Method and apparatus for controlling precession in a drilling assembly
CN112088240A (en) Damper for reducing vibration of downhole tool and vibration isolation apparatus for downhole bottom hole assembly
CN107407136B (en) Resonance enhanced rotary drilling actuator
RU2740961C1 (en) Method of stabilizing dynamic loads in machines of cone-hole drilling of blast holes with differential system of supply of bit to face and device for implementation thereof
US3477237A (en) Method of vibrating a member to drive it in a resistive medium
Dvoynikov et al. Development of mathematical model for controlling drilling parameters with screw downhole motor
RU2765931C1 (en) Device for stabilization of dynamic loads in roller-bit drilling rig of blast holes with differential friction system of bit supply to bottomhole
US9816368B2 (en) Active control of drill bit walking
CN113821894B (en) Drill bit design method based on local variable-strength rock breaking principle
Eng et al. SIMULATION INVESTIGATIONS OF ROADHEADER DYNAMICS FOR AUTOMATIC CONTROL OF CUTTING PROCESS
US10370901B2 (en) Steering system
CN108708710B (en) Method for reducing probability of drill bit burying caused by well wall dropping block