Optimalization effort of exploitation processes follows from requirements of minimisation of operating costs and maximisation of efficiency. The article describes theoretical analysis and operational verification of minimisations criterion of specific volume energy for drilling operations. It was verified that specific volume energy sensibly reacts on change of rock type or on change of rock properties respectively thus it is able to coordinate or optimise drilling process

Jurman Josef

kvareková Erika

Acta Montanistica Slovaca

Directory of Open Access Journals

 Acta  Montanistica  Slovaca     Ročník 9 (2004), číslo 3, 213-215  Řízení vrtného procesu kritériem měrné energie   Josef Jurman1 and Erika Škvareková2    Drilling Process Control Using theCriterion of Specific Energy Optimalization effort of exploitation processes follows from requirements of minimisation of operating costs and maximisation           of efficiency. The article describes theoretical analysis and operational verification of minimisation’s criterion of specific volume energy for drilling operations. It was verified that specific volume energy sensibly reacts on change of rock type or on change of rock properties respectively thus it is able to coordinate or optimise drilling process.  Key words: theCriterion of Specific Energy, theoretical analysis, verification of minimisation’s   Úvod  Efektivnost vrtného procesu závisí na řadě faktorů, které přímo ovlivňují charakterizující veličinu - vrtatelnost. Tato veličina, vyjadřující interakci stroj - hornina, je závislá na souboru vstupních veličin jak je uvádí obr. 1. Faktory geologické si můžeme vyjádřit souborem technických a petrografických vlastností rozpojovaných hornin. Z technických vlastností jsou z hlediska vrtatelnosti nejdůležitější vlastnosti pevnostní a přetvárné, z petrografických je to minerální složení, zejména obsah minerálů a skladba zrn. Horninové vlastnosti jsou v daném čase neměnné. Faktory technické jsou dány vlastnostmi rozpojovacího nástroje, který je determinován technologií rozpojování. Vlastnosti nástroje určuje jeho geometrie a použitý materiál. Výběr typu nástroje je proveden před nasazením a obvykle nebývá měněn při změně horninových podmínek. Faktory technologické jsou určeny režimovými parametry rozpojování (otáčky a rychlost posuvu), které určují tvar a velikost odebírané třísky. Pokud není stroj vybaven plnou automatizací vstupuje zde do rozpojovacího procesu lidský faktor s možností částečně nebo v celém rozsahu regulovat režimové parametry a na základě svého subjektivního hodnocení nastavovat tyto parametry s větší či menší chybou. Ostatní vlivy jsou souhrnem převážně neovlivnitelných faktorů, mezi něž patří napěťový stav masivu, vlhkost, chemismus a teplota hornin.  Z uvedeného je zřejmé, že optimální řízení vrtného procesu je podmíněno definováním objektivního kritéria vrtatelnosti – měrné objemové energie [1] a instalaci měřícího zařízení na vrtné soupravě.   Faktory geologické                                          Faktory technické                    (hornina)                                                                  (rozpoj. nástroj)                                                                                                                                                                                                                                                                    VRTATELNOST            Faktory technologické                                                           Ostatní vlivy (režimové parametry rozpojování)       Obr. 1. Faktory ovlivňující vrtatelnost hornin Fig. 1. Facturs effected drilling of ground   Ověření metodiky určování vrtatelnosti in situ  Energetický způsob hodnocení vrtatelnosti hornin vychází z energetické bilance práce rozpojovacích nástrojů a podstatou je sledování spotřeby energie při rozpojovacím procesu v závislosti na množství odvrtané horniny. Pojem měrné energie byl Tealem [2] definován v závislosti na rozpojení jednotkového objemu horniny jako množství energie potřebné pro rozpojení jednotkového objemu horniny wv. Na základě analýzy teoretických                                                                           1 Prof. Ing. Josef Jurman, CSc., VŠB – Technická univerzita Ostrava, VŠB – Technical University of Ostrava, Katedra výrobních strojů a konstruování, Department of Production Machines and Design, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba 2 Ing. Erika Škvareková, Ph.D., Technická univerzita v Košiciach, Technical University of Košice, Katedra ropného inžinierstva, Department of Petroleum Engineering, Park Komenského 14, 043 84 Košice   (Recenzovaná a revidovaná verzia dodaná 3. 9. 2004) 213  Josef Jurman and Erika Škvareková: Řízení vrtného procesu kritériem měrné energie aspektů rozpojování hornin při rotačním vrtání a laboratorním ověřením bylo prokázáno, že měrná objemová energie rozpojování je nejvhodnějším kriteriem vrtatelnosti za podmínky vyhledání jejího minima [1].  Využití takto definovaného kritéria vrtatelnosti hornin wmin v provozních podmínkách bylo podmíněno návrhem a zhotovením měřícího zařízení a respektováním těchto základních požadavků: • - jednoduchost a spolehlivost zařízení a jednoduchá montáž na vrtací soupravu • - minimalizace nákladů na měření a měřící zařízení • - nezávislost na externím zdroji energie • minimální doba měření • - jednoduchá obsluha. Pro stanovení měřených veličin bylo vycházeno ze vztahu /1/ pro měrnou objemovou energii upraveného pro realizaci na plněhydraulické vrtací soupravě:                     P            Mk . ω        i . n . qm . ∆p        wv  =  ------  =  ----------  =  -----------------                                         (1)                  S . v           S . v                S . v  kde  S - plocha vrtaného otvoru     /m2/ v - rychlost vrtání      /m.s-1/ n  - otáčky vrtacího nástroje     /s-1/  qm - geometrický objem hydromotoru rotace   /m3/  ∆p - tlak hydraulické kapaliny před vstupem do hydromotoru rotace /Pa/ i - převodový poměr mezi otáčkami vrtací tyče a otáčkami hydromotoru rotace  Veličiny S, qm , i jsou pro danou vrtací soupravu konstantní, takže bylo nutné měřit a registrovat pouze veličiny n, ∆p , v. I když hodnota přítlaku je z hlediska procesu rozpojování pouze kvalitativní veličinou, charakterizující režim vrtání, bylo její měření považováno za potřebné, takže čtvrtou měřenou veličinou byl tlak hydraulické kapaliny před vstupem do hydromotoru posuvu.  Vývoj a ověření měřící aparatury RAMON - HBM  Na základě poznatků z ověřovacích provozů bylo ve VZUP Kamenná vyvinuto účelové monitorovací zařízení RAMON - HBM, určené pro potřeby SHD Most. Zařízení je tvořeno soustavou čidel (proporcionální snímač tlaku v rotaci, indukční snímač otáček, inkrementální snímač posuvu do vrtu a tlakový spínač v hydraulickém obvodu svěrných čelistí), zdrojovou a interfejsovou jednotkou a řídicí jednotkou RAMON – L355. Řídicí jednotku tvoří samostatný mechanicky i elektricky oddělitelný celek, osazený účelovým jednodeskovým mikropočítačem. Jednotka je určena pro řízení a vyhodnocování dat monitoru při měření průběhu měrné objemové energie. Soubor technických a programových prostředků, kterými je jednotka vybavena, zaručuje maximální spolehlivost a funkčnost zařízení. Konstrukční provedení respektuje obtížnost pracovních podmínek na povrchových dolech, tj. vibrace, prašnost, extrémní teploty apod.  Měřicím zařízením instalovaným na vrtné soupravě Hausherr HBM 120 byla monitorována řada vrtů. Průběhy naměřených hodnot wv dvou vybraných vrtů jsou zobrazeny standardním programovým vybavením HARWARD GRAPHICS v příloze č. 1. Na vodorovné ose je hloubka vrtu v cm a na svislé ose hodnota wv v hodnotě relativní. Veličina wv citlivě reagovala na změnu horninových podmínek a umožňovala vyhledávání wmin regulací režimových parametrů.   Obr.2. Průběhy naměřených hodnot wv vrtu č. 8. Fig.2. Curve of measured value borehole 8. 214  Acta  Montanistica  Slovaca     Ročník 9 (2004), číslo 3, 213-215 215  Obr.3 Průběhy naměřených hodnot wv vrtu č. 12  Fig.3 Curve of measured value borehole 12   Závěr  Ověřovací provoz prokázal spolehlivost měřicí aparatury při nasazení v podmínkách povrchových lomů, prokázal splnění všech požadavků, které vyplynuly z prvních provozních zkoušek a prokázal využitelnost kritéria minimální měrné objemové energie i vyvinuté měřicí aparatury RAMON HBM k optimálnímu řízení vrtného procesu.  Príspevok vznikol v rámci riešenia projektu „Možnosti uskladňovania rádioaktívnych odpadov v soľných kavernách stredne hlbokých vrtov“ VEGA 1/9365/02.    Literatura - References  [1] Sekula, F.: Teoretické a technologické aspekty rozpojovania hornín. /Doktorská dizertačná práca/. Košice, SAV Banícky ústav 1979, 269 s. [2] Teale, R.: The concept of specific energy in rock drilling. Journal Rock Mechnics and Mining Sciences 1965, č. 2, s. 57-73. [3] Jurman, J.: Hodnocení efektivnosti dobývacího procesu kolesových rypadel s využitím vrtného monitoringu. /Habilitační práce/. Ostrava, VŠB – TUO 1997. 64 s, 70 příl. 

Drilling Process Control Using theCriterion of Specific Energy

http://doaj.org/search?source=%7B%22query%22%3A%7B%22bool%22%3A%7B%22must%22%3A%5B%7B%22term%22%3A%7B%22id%22%3A%22a9141232f658424db058409dbb61b13f%22%7D%7D%5D%7D%7D%7D

Drilling Process Control Using theCriterion of Specific Energy

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Directory of Open Access Journals