Введение к работе
Актуальность темы. Вхождение угледобывающих отраслей стран СНГ в рыночные отношения привело к сокращению объемов добычи угля и снижению темпов ведения вскрывающих и подготовительных работ. В этих условиях не-
обходимо применение принципиально новых технических, технологических и
экономических решений для организации процессов разведки, і^>дгогвки и добычи угля. Выполнить часть этих требований позволит сокращение затрат на ведение буровых работ, связанных с прохождением разведочных, дегазационных, вентиляционных и иных скважин.
Фактором, также способствующим решению перечисленных задач, является сокращение числа подземных рабочих за счет внедрения новой техники для безлюдной или малолюдной выемки угля на тонких и весьма тонких пластах методом выбуривания. Решение этого вопроса одновременно способствует продлению сроков эксплуатации действующих шахт Донбасса, отрабатывающих свиты, в которых имеются такие пласты.
Одним из факторов, повышающих эффективность работы угледобывающей отрасли, является внедрение способов, обеспечивающих направленное бурение скважин, т.к. традиционные способы бурения скважин жесткими ставами или штангами сегодня практически не обеспечивают заданное направление скважин. Основной причиной бурения скважин с отклонением от заданного направления является отсутствие эффективных методов контроля над направлением их бурения по заданной траектории.
В связи с этим решаемая в настоящей работе задача создания информационно-измерительного устройства для систем управления бурением и проколами скважин является весьма актуальной как в научном, так и в техническом плане.
Цель работы. Целью диссертационной работы является дальнейшее совершенствование технологии проходки скважин путем создания и внедрения мехатронного информационно - измерительного устройства для системы управления бурением и проколами, обеспечивающего заданную точность направления скважины.
Научная идея работы. Координаты головного звена бурового става и траектория оси скважины определяются по последовательному перемещению двух пар смежных звеньев, пространственное положение которых определяется оперативными измерениями угла наклона, дирекционного угла и угла закручивания универсальными мехатронными датчиками, а также числом находящихся в скважине буровых звеньев.
Научные положения, вынесенные на защиту и их новизна.
-метод счисления траектории оси скважины в процессе бурения, ос ванный на использовании информации специального устройства и позвол щий осуществлять непрерывный контроль и регистрацию, а также оценив отклонения трассы проходки скважины от заданного направления;
-новый принцип построения информационно-измерительного устр ства (ИИУ) параметров скважины, обеспечивающий оптимальное соотношеї
МеЖДу НеобхОДИМЫМ КОЛИЧеСТВОМ Информации, ТОЧНОСТЬЮ ПрОХОДКИ И СЛОЖ1
стью технической реализации ИИУ;
-методики измерения дирекционного угла и угла наклона, характе зующих пространственное положение смежных звеньев бурового става, а, в і вечном счете, и направление оси бурового става, базирующиеся на установ» ных автором взаимосвязях указанных углов и информационных сигналов д чиков ИИУ;
-математическая модель ИИУ, описывающая связи между его констр; тивными параметрами, характером поступающих от датчиков сигналов и зі чением измеренных величин, позволяющая спроектировать рациональную к( струкцию и оценить метрологические свойства устройства;
-алгоритмы и программное обеспечение устройств обработки и отобр жения результатов измерений;
-методика тарировки датчиков по специально разработанным подщ граммам и результаты физического моделирования процессов измерения naj метров скважины информационно-измерительным устройством.
Достоверность результатов обеспечивается:
-корректным использованием фундаментальных законов физики, мател тики, теории машин и механизмов, теории электрических измерений, теор информационно-измерительных систем; применением математического мо; лирования физических процессов для первичных преобразователей измерен; углов; достаточным объемом испытаний первичных преобразователей и и формационно-измерительного устройства для систем управления бурением проколами на полноразмерном стенде с использованием ЭВМ; применен» общепризнанных методик обработки данных и методик расчета метрологии ских характеристик измерительных устройств; удовлетворительн сходимостью результатов исследований на физических и математических м делях при расхождении результатов 10-11%.
Научное значение работы состоит:
-в определении минимально необходимого объема информации, который требуется оперативно получить из скважины и построение на его основе траектории оси;
-в разработке математических основ метода счисления траектории оси
скважины, базирующихся на оперативных измерениях параметров скважины;
-в решении задачи выбора оптимального состава измерений и необходимого количества датчиков, обеспечивающих предложенный метод счисления;
-в разработке способов измерения дирекционного угла и угла наклона первичным преобразователем, некритичным к своему положению в пространстве, за один измерительный цикл с использованием опорного сигнала или локальных максимумов и минимумов синусоиды.
Практическое значение работы заключается:
-в разработке методики измерения параметров скважины и способа построения ее оси по результатам этих измерений;
-в разработке конструкции универсального мехатронного датчика измерения углов для информационно-измерительного устройства систем управления бурением и проколами;
-в создании комплекса первичных преобразователей, работающих по единому алгоритму и обеспечивающих измерение параметров скважины, определение координат головного звена и построение траектории ее оси без извлечения преобразователей из скважины;
- в разработке и осуществлении программной реализации алгоритма определения пространственного положения бурового снаряда.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы,
выполненной в плане научных направлений «Теория и принципы построения машин-автоматов, роботов и ГАП» ЮРГТУ (НТТИ), а также в соответствии с тематикой по единому заказ-наряду Министерства образования РФ «Теория и принципы построения лазерных и мехатронных систем оптимального управления мобильными робототехническими комплексами» №41.95, внедрены в ГО-АО НИПИ "Углеавтоматизация" г. Луганск, (Украина), и на угольных предприятиях Донбасса.
Методика проектирования первичного преобразователя измерения углов и математические модели первичных датчиков используются в учебном процессе в ЮРГТУ.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывалис и обсуждались на: Всероссийской научно-технической конференции «Новь технологии управления робототехническими и автотранспортными объектам! (Ставрополь, 1997), Первой международной научно-технической конференод «Новые технологии управления движением технических объектов» (Ставр поль, 1998), Второй международной научно-технической конференции «Новь технологии управления движением технических объектов» (Новоче касск.1999), международной научно- практической конференции "Теория, м< тоды и средства измерений, контроля и диагностики" (Новочеркасск, 2000 Международной научно - практической конференции "Интеллектуальные злеї тромеханические устройства, системы и комплексы" (Новочеркасск, 2000), н учных семинарах кафедры «Электрификация и автоматизация подземных го ных работ» ШИ НГТУ 1994-1997гг. ,45 научно-технической конференции Ша: тинского института НГТУ , 1996 г., ежегодных конференциях НГТУ с 1995 г 1999 годы.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликоваг 15 печатных работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех ра делов и заключения, изложенных на 208 страницах машинописного текста, а держит 52 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 112 наименований и приложения.
