Современный станок 49 R II-100 - перспективная новинка фирмы Bucyrus Erie для Российский карьеров

В результате семилетних исследований фирмой Bucyrus Erie создана новейшая модель буровой установки 49 R II-100 в типоразмере 49R. По мнению специалистов фирмы установка идеально подходит для эксплуатации в российских условиях.

Новая модель создана на базе стандартной промышленной установки 60R для бурения взрывных скважин большого диаметра. Эти установки наиболее популярны в бывшем СССР — 21 установка успешно работает на разрезах Сибиргинский, Бочатский, Междуреченский и Нерюнгринский.

Установка 49R-II предназначена для бурения на открытых работах 18-метровых (при необходимости  21-метровых) скважин диаметром до 311 мм за один проход. Установка позволяет бурить наклонные скважины до 60 град. к горизонту. В настоящее время в мире уже работает 48 установок 49R-II на карьерах по добыче алмазов, угля, а также медной и железной руды.

Усовершенствования базовой установки коснулись основной рамы, фермы мачты и гусеничной рамы. В результате модернизации повысилась производительность станков и снизились эксплуатационные затраты на бурение.

Гусеничная рама любой буровой установки должна выдерживать высокие крутящие нагрузки по всей длине задней оси, возникающие при наклонах и поворотах станков. Обычно на установках применяется U-образная гусеничная рама, имеющая в сечении вид перевернутой буквы U. Ее конструкция выполняется из швеллеров и пластин, а для надежности между нижними роликами качения устанавливаются вертикальные перемычки. Перемычки вызывают многократное увеличение напряжений, что приводит к появлению трещин в конструкции и сокращению срока службы гусеничной рамы.

С целью устранения зоны высокого напряжения гусеничная рама бурового станка 49R-ll имеет закрытую сварную конструкцию коробчатого типа. Для установки нижних роликов качения в нижней плите рамы проделаны отверстия. Их контуры оптимизированы с помощью специальной компьютерной программы.

Гусеничная рама коробчатого типа имеет длину 7,3 м и ширину 6,2 м, что обеспечивает машине прекрасную стабильность и устойчивость. Ширина стандартного звена гусеничного трака составляет 900 мм. Каждая гусеница приводится в действие двигателем хода и планетарным редуктором, что позволяет установке быстро разворачиваться на месте. Скорость передвижения установки достигает 1,8 км/час. Установка обеспечена аварийным тормозом, который предохраняет машину от бесконтрольного движения в случае отцепления ее от тягача.

Основная платформа буровой установки 49R-II сделана из высокопрочной стали. Ее вес составляет 18120 кг. Сварная конструкция рамы разработана для установки на ней бурового оборудования для ведения работ в различных условиях, в частности, для бурения наклонных скважин. Конструкция основной рамы новой буровой установки лишена типичных для моделей старого типа (45-R или 60-R) вращающихся траверс. Траверсы и другие открытые крепежные секции оказывают слабое  сопротивление крутящему моменту. Траверсы крепятся к свободным участкам угловых соединений, приваренных в точке соединения фланцев, что приводит к возникновению на их кромках повышенных напряжений, и в результате — к образованию и росту трещин. При отсутствии угловых соединений в местах крепления траверс возникают высокие напряжения, сконцентрированные на острых углах.

Проведенные Bucyrus-Erie конструкторские разработки по оптимизации профиля фермы основной платформы установки 49R-II привели к созданию секционной фермы, включающей сплошную (цельную) верхнюю плиту, нижнюю плиту с отверстиями большого радиуса на ее концах, а также три поперечно расположенные относительно продольной оси платформы несущие коробки (секции) закрытого типа, препятствующие кручению рамы.

На новой установке изменена также конструкция буровой мачты. Вместо решетчатой структуры из металлических уголков применена структура трубчатой решетки. В любой конструкции решетчатой структуры присутствует распределение нагрузки между опорами решетки и основной связью в каждой точке соединения. При наличии смещения между центральной осью решетки и центральной осью основной связи средний изгибающий момент создает локализированное изгибающее напряжение в структуре. Причем, общее напряжение в каждом соединении решетки будет выше, когда соединение сконструировано таким образом, что имеется смещение между промежуточной осью решетки и осью основной связи.

В конструкциях мачты предшествующих моделей металлические уголки решетки приварены к обратной стороне квадратной фермы, из-за чего основные связи имеют ответвления в каждой точке соединения. Центральная ось решетки является плечом (ответвлением) от центральной оси связи. Это приводит к увеличению напряжений и сокращению срока службы соединений.

В мачте буровой установки 49R-II эти смещения устранены благодаря расположению трубчатой решетки в одну линию с центральной осью основной связи. Сварное соединение решетки и связи подвержено только аксиальной нагрузке, для которой оно рассчитывалось. При этом не возникают дополнительные средние крутящие моменты, возникающие в соединениях и, следовательно, увеличивается срок службы конструкции. При сравнении мачтовых решетчатых структур с одинаковым весом трубчатая конструкция оказывается в два раза прочней, чем из уголков и имеет определенные преимущества  сопротивлению изгибу. Для снижения напряжений, возникающих в мачте при ее перемещении, используется трубчатая обвязка мачты большого диаметра, которая выдвигается телескопическим способом.

Стандартная мачта сконструирована для размещения 18-метровых штанг. При необходимости может быть установлена мачта для 21-метровых штанг. Для обеспечения устойчивости машины и в целях безопасности все буровые штанги размещены внутри мачты. Стандартный карусельный штатив рассчитан на штанги диаметром до 300 мм. В зависимости от диаметра могут быть установлены три дополнительных штатива. Карусель, разворачивающаяся на 90 град., позволяет оператору размещать штангу точно над скважиной. Опускание и подъем мачты производится с помощью двух гидравлических цилиндров.

На мачте размещены блок вращения и блок подъема рабочего инструмента. Блок вращения оборудован электродвигателем MDB 808 мощностью 102 кВт. Для бурения по мягким вязким породам может быть установлен двигатель MDB 810 мощностью 153 кВт.

На установке применен новый бесцепной (зубчатый) механизм подъема, состоящий из двух зубчатых реек, расположенных на боковых стойках мачты, двух ведущих шестерней и механической каретки с электрическим приводом от синхронного двигателя MDB 808 мощностью 102 кВт. Энергия передается через три понижающих редуктора. Последний редуктор позволяет зубчатому механизму развивать подъемное усилие до 45000 кг, а усилие подачи на буре — до 54360 кг. Система электропривода доказала свою надежность и эффективность при бурении скважин большого диаметра. Двигатель управляется цифровым статическим синхронным приводом. По компьютерным приборам постоянно регулируется скорость вращения для достижения однородной нагрузки на бур и максимальной производительности.

Новая система позволяет избежать недостатки гидравлической системы подачи бурового инструмента в процессе бурения с использованием цепной передачи, обслуживание которой по времени составляет 15 процентов от общих простоев. В результате повышается производительность бурения, увеличивается срок службы бурового инструмента, снижается вибрация.

Механизм подъема оснащен рессорами и электрическим независимым тормозным устройством, предотвращающим свободное падение каретки в случае аварийного отключения или других неполадках оборудования.

Гидравлическая система установки 49R-II спроектирована для управления одним человеком. Все вспомогательные функции автоматизированы. Четыре гидравлических домкрата, обеспечивающие горизонтальный уровень платформы при бурении, включаются одним поворотом переключателя на пульте оператора. Потери времени на установку платформы составляют не более 45 сек. Также предусмотрено управление каждым домкратом индивидуально.

Обслуживание гидравлических систем сокращено благодаря усовершенствованной технологии. Разъемные диагностические приборы, расположенные по всей гидравлической системе, позволяют использовать специальный аварийный тестер, поставляемый вместе с машиной.

Основным компрессором является высокопроизводительный компрессор фирмы A-C Compreccor, Appleton, разработанный специально для буровых установок Bucyrus Erie. Срок службы компрессора может достигать 25000 часов без капремонта; производительность компрессора — 50 м3/мин. Возможна установка альтернативного компрессора производительностью до 75 м3/мин. Во время операций, не требующих участия основного компрессора, его мощность снижается на 50% с помощью устройства контроля производительности.

Благодаря полному освобождению от вспомогательных воздухопроводов компрессора, клапанов и т.д., установка 49R-II не требует дополнительной воздушной системы, что способствует отказу от довольно сложного в обслуживании оборудования и снижению эксплуатационных расходов.

Комфортабельная кабина управления буровой установкой установлена на виброгасящей платформе и сделана из звукопоглощающего материала, что позволяет поддерживать уровень шума в кабине не более 80 дБа. В кабине расположен уникальный пульт управления. Управление процессом бурения осуществляется с помощью компьютерной программы PLC.

Установка 49-R II управляется при бурении компьютерной системой «Программное Управление бурением» или PLC (Programmable Logic Controller) cерии 5/25 фирмы ALLEN-BRANDLY.

Система PLC автоматически управляет процессом бурения в соответствии с параметрами процесса проникновения долота для максимальной производительности.

С помощью системы управляются следующие параметры бурения:

  • Начальный режим работы бура и скорость подачи.
  • Нормальный режим работы бура и скорость подачи.
  • Скорость подъема инструмента после завершения бурения.
  • Максимальная нагрузка на бур.
  • Вертикальная вибрация.
  • Горизонтальная вибрация.
  • Давление подаваемого воздуха.
  • Регулируется скорость вращения бура.

При изменении условий бурения система PLC получает информацию со следующих приборов:

  • Кодирующее устройство позиции подъема.
  • Датчик давления воздуха в основной воздушной линии.
  • Датчик горизонтальной и вертикальной вибрации.
  • Статические синхронные приводы для вращения и спуска.
  • Основными приемуществами системы PLC являются:
  • Действительная глубина скважины при мультипроходном бурении отражается на дисплее оператора без установки на ноль.
  • Обеспечена защита бура, включающая остановку водораспылителя пылеуловительной системы.

Первые метры скважины до глубины, предварительно установленной оператором, бурятся по программе системы PLC с уменьшенной скоростью вращения и с пониженной скоростью подачи. Получая исходные данные от кодирующего устройства, расположенного на подъемном механизме, система PLC тщательно контролирует текущее положение бура и глубину скважины. Когда глубина скважины превышает заранее установленную, система PLC регулирует механизм спуска и синхронный привод для установки нормального режима бурения.

В течение нормального процесса бурения система PLC постоянно регулирует параметры вращения и спуска для получения максимальной скорости проникновения в массив в пределах установленных ограничений по вибрации, давления откачиваемого воздуха и профиля бура. Спецификация бура относится к параметрам системы PLC, которые заранее устанавливаются для ограничения силы и скорости на основании рекомендаций производителя бура. На основании имеющегося опыта применения различных по профилям буров скорость и сила могут регулироваться для оптимального внедрения в массив бура и увеличения срока его службы бура.

Во влажных скважинах устанавливается режим автоматического отключения системы орошения на расчетной глубине.

Журнал "Горная Промышленность" №3 1995, стр.57