用於在鑿巖時控制至少一個鑽鑿參數的方法和設備的製作方法

2023-06-08 10:07:51

專利名稱：用於在鑿巖時控制至少一個鑽鑿參數的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於當在巖石中進行鑽鑿時控制至少 一個鑽鑿M的 方法和i殳備，其分別如權利要求1和10的前序部分所限定。
背景技術：
鑿巖操作通常是通過衝擊式鑽鑿來執行的，其中通常以液壓方式操作 的衝擊式活塞被用來藉助於由液壓壓力(衝擊壓力)產生的撞擊力而生成 衝擊波，衝擊波通過鑽鋼(鑽柱)傳送至鑽頭進而傳送至巖石。當與巖石 接觸時，接觸巖石的鑽頭的、由^tt合金製造的4r^L推入巖石中，從而產 生足夠強的力來使巖石>^碎。
通常，尤其是在難以處理的巖石狀態下並且以強撞擊力進行鑽鑿的情 況下，鑽頭應當儘可能地與巖石具有良好的接觸。
為此，將鑽機壓靠在巖石上。鑽機可以比如附接至沿著支撐裝置移動 的車架，所述支撐裝置比如是連接至如車輛等運載體的進給杆。通過朝向 巖石沿著進給杆使車架進而使鑽機移動而迫使鑽頭1巖石。車架可以比 如通過通常稱作*釭的液壓缸來操作。可替代地，鑽機可以通過使用所 謂的鏈進給而向前移動，在這種情況下，a缸由裝配有直齒輪的液壓發 動機(進給發動機)替代。於是，車架(鑽機)能夠藉助於固定至車架且 由進給發動^#作的鏈條而沿著進給杆前後移動，其中鏈條沿著進給杆運 作。致動a釭或ii^發動機的液壓壓力通常稱作進給壓力。
當用這類鑽機進行鑽鑿時，主導鑽鑿條件經常會發生變化。巖石有多 種不同類型，根據其諸如硬度等的質地而在可鑽鑿性上不同。 一般而言， 軟性和易碎的巖石被視作代表著最難的鑽鑿條件。在軟性巖石中進行鑽鑿
時的風險在於，當撞擊巖石時，衝擊波的部分能量^L^射並沿著鑽柱回傳至鑽機。其結果是會縮短鑽頭、鑽鋼和鑽機的使用壽命，與W目關聯的結 果是增加了成本。在諸如不同硬度的巖石類型以混合布置方式分布在不同 巖床中的狀態下，會使鑽鑿操作甚至更加困難。
通常的情況是，鑽鑿速度(鑽速)的增大意味著巖石變得更軟。根據 現有技術提出了多種利用這種情況的方案。在其中一種已知的方案中，將 節流型調節器或節流裝置裝配於液壓進給馬達的返回端。如果鑽速隨後變 得大於被視作正常情況的it;變，那麼節流裝置開始減小通過馬達的流動， 從而在返回端處形成壓力差。壓力增大意味著進給馬達上的壓力差減小， 並且當使用由該壓力差控制的、進而會影響衝擊壓力的閥門時，衝擊壓力 會減小至初始鑽鑿級別或者當鑽頭進入更軟性巖石的區域時衝擊壓力基 本上完全消失。
在EP 1,102,917 Bl中描述了這種方案，區別在於在這種情況下節流裝 置放置在進給發動機的上遊。在該方案中，對節流閥上的壓力進行測量， 並在壓力差變得過大時用所述壓力來影響沖擊壓力。
然而，上述方案的共同之處在於，當將鑿機安裝在新的鑽鑿位置時， 難以對它們進行適當地設定。其原因之一是，儘管進給馬達或節流閥上的 特定壓力差適合於減小一類巖石中的衝擊壓力，但是在另一類巖石的情況 下，合適的壓力差會是完全不同的壓力差。
因此，需要一種尤其在鑽鑿條件發生變化時用於控制衝擊壓力的改進 方法和設備，所述方法和設備至少減少了現有技術中遇到的問題。

發明內容
本發明的其中 一個目的是提供一種用於控制至少一個鑽鑿參數的方 法，以解決上述問題。
本發明的另一個目的是提供一種用於控制至少一個鑽鑿M的設備， 以解決上述問題。
根據本發明，這些和其它目的是通過如權利要求1所限定的用於控制 鑽鑿參數的方法和通過根據權利要求10所述的設備來實現的。根據本發明，上述目的是藉助於當通過諸如鑽機等衝量產生設備在巖 石中進行鑽鑿時用於控制鑽鑿^的方法和設備來實現的。在鑽鑿期間， 將諸如鑽機等使用了如傳統衝擊式活塞等撞擊設備的衝量產生設備設置 成在頂靠著巖石而操作的工具中引起衝擊波。所述沖量產生設備能夠相對 於支撐裝置沿鑽鑿方向移位，並且衝擊波所產生的壓力的壓力級別在鑽鑿
操作期間受到控制。所述鑽鑿操作的鑽鑿iUL通過確定衝量產生設備相對 於所述支撐裝置的運動來確定，而衝擊波所產生的壓力作為所述已被確定
的鑽鑿il;變的函數而受到控制。當所述鑽鑿4A增大時使衝擊波所產生的
壓力減小，而當所述鑽鑿速度減小時使衝擊波所產生的壓力增大。 這種配置的優點在於，通過將衝擊波所產生的壓力一諸如衝擊壓力一
控制成為實際鑽鑿il;變的函數，與主導鑽鑿iUL相關的適當衝擊壓力能夠
用在每一種情形中。這進而意味著在初始鑽鑿和正常鑽鑿的情況下都能夠 防止損壞性反作用。本發明還具有的優點是，使得可以減小液壓部件因比
如油粘性和環境溫度等而帶來的^Mt不確定性。
本發明還具有的優點是，其提供了一種易於調整的系統，因為在控制
結束的it^L級別以及衝擊壓力的最大值和最小值，而且還可以在^Mt期間 進行改變和調整。
所述鑿巖機可以包括至少一個吊杆，所述吊杆具有第 一端和第二端， 其中所述第 一端能夠固定至運載體，而所述第二端能夠固定至所述支撐裝 置。
而且，衝擊波所產生的壓力^L控制成4吏得其反應出所述鑽鑿速度的變化。
在控制期間，衝擊波所產生的壓力可以在比如第 一級別與第二級別之 間變化，所述第一級別基本上對應於正常鑽鑿級別，而所述笫二級別基本
上對應於任何以下情況初始鑽鑿級別、基本停機和所述正常鑽鑿級別的 百分數。
可以藉助於比如鑽鑿速度與衝擊波所產生的壓力之間的數學關係和/ 或通過在給出鑽鑿速度與衝擊波所產生的壓力之間關係的圖表中進行查詢來執行控制。
該函數可以包括比如以下關係中的 一個或多個與鑽鑿速度成比例、 與鑽鑿速度成反比、鑽鑿速度的指數，鑽鑿iUL的對數以及與鑽鑿逸變成 特定關係的關係。
可以通過比如感測、監控、測量或計算而比如持續地和/或以特定間隔 來確定鑽鑿速度。
本發明還涉及一種設備，藉助於該設備能夠獲得如上已描述的優點。
從本發明的多個不同方面得出的其它優點，其所述優點將從以下的詳 細描述中得以顯現。


圖l示出了本發明能夠用於其中的鑿機的示例。
圖2更為詳細地示出了布置在圖1中所示的鑿機上的鑽機。
圖3更為詳細地示出了用於圖1中所示鑿機的鑽機和進給杆。
圖4示出了根據實際鑽鑿iUL控制衝擊壓力的示例。
圖5示出了根據本發明另一種實施方式對衝擊壓力進行控制的示例。
圖6示出了根據本發明實施方式的、在檢測到空穴的情況下進行控制 的示例。
具體實施例方式
下面將參照圖1中所示類型的鑿巖機來舉例說明本發明。圖1示出了 用於開挖隧道、採礦或者在比如開挖隧道、採礦的情況下安裝巖石加固螺 栓的鑿巖機IO。鑿機10包括吊杆11，其一端lla藉助於一個或多個接頭 而鉸接地連接至諸如車輛等運載體12，而其另一端Ub運載進給杆13，所 述i^^杆13支撐採用鑽機14形式的衝量產生設備。鑽機14能夠沿著進給 杆13移位並產生衝擊波，所述衝擊波通過鑽柱15和鑽頭18傳送至巖石17。鑿巖機10還包括控制單元16，如下文所述，祁^據本發明該控制單元 能夠用於控制鑽鑿M。控制單元16能夠用於監控與鑽機和運載體相關的 位置、方向、鑽鑿距離等。控制單元16還能夠用於控制鑿巖機10的位移， 儘管當然也能夠使用單獨的控制單元來達到此目的。
圖2更為詳細地示出了鑽機14。鑽機包括配接器31，其一端裝配有諸 如螺紋等連接裝置30以與鑽柱15的鑽柱部件(未圖示)建立連接。鑽機 還包括沿縱向方向可移動的活塞32，所述活塞撞擊在配接器31上，從而 將衝擊脈衝傳遞至鑽柱(鑽鋼)然後傳遞至巖石。該衝擊的撞擊是通過由 衝擊波所產生的壓力(沖擊壓力)在衝擊活塞遠離巖石的端部處對衝擊活 塞施加壓力而產生的。朝向巖石的鑽頭的支撐壓力藉助於減震活塞34所施 加並通過套筒33傳送的上述a壓力而得以改變。減震活塞34布置在減 震系統中，所述減震系統還用於使從巖石反作用的衝擊脈衝減震。在操作 中，由第一減震腔室37中的液壓壓力產生的力經由減震活塞34和套筒33 傳送至配接器31,其中所述力用於確保鑽頭一直壓靠在巖石上。
除了具有將鑽柱壓靠在巖石上這一功能以外，減震活*^￡執行減震功 能。當撞擊引起來自巖石的反作用力時，通過被迫進入第二減震腔室38 而使得活塞34對這些反作用力進行減震，由此，當減震活塞34被壓入第 二減震腔室38中時，該第二減震腔室38中的流體通過形成在減震活塞34 與腔室壁35之間的小狹縫而被壓入第一減震腔室37中。這導致在第二減 震腔室38中阻滯壓力升高。
圖3更為詳細地示出了帶有鑽機14的*杆13。鑽機14連接至車架 41，所述車架能夠沿著進給器移位，而且所述車架沿著進給杆13的運動受 到ii^釭40的控制，在該實施例中所述進^t是液壓缸。在鑽鑿期間，將 進給杆設定在鑽鑿位置，其中優選地使鑽機14儘可能遠地向後移位，使得 適當長度的鑽柱部件42能夠通過所述配接器31連接至鑽機，而鑽頭18 不會從布置於進給杆13處的前鑽鑿支撐件43伸出太遠。當開始鑽新的鑽 孔時，用於鑽頭和鑽柱的支撐件應當在鑽鑿開始時儘可能地防止鑽孔沿錯 誤方向轉動。因此，在開始鑽鑿操作之前，對進給杆進行控制，使得其壓 靠在巖石上，從而鑽頭被控制成使得其與巖石相距理想(小)的距離。然 後，可以用ii^釭40向巖石施加合適的進給壓力。通常使鑽頭(鑽柱)在 壓靠在巖石上之前進行旋轉，以在適宜的初始鑽鑿狀態下開始鑽鑿操作。當鑽鑿進行時，ii^使鑽機沿巖石的方向移動，使得一當車架40已沿巖
石的方向向前端位置移位時--所述車架與已鑽入^巖石中的鑽柱脫離:^接，
從而新的鑽柱部件能夠連接在鑽機與鑽柱部件42之間，因而能夠繼續鑽鑿 直到獲得所需長度的孔。如果鑽柱部件42本身已形成所需長度的鑽孔，那 麼當然無需使用其它的鑽柱部件。
如上所述，在現有技術中，使用施加到ii^40的壓力來確定鑽鑿操 作是否太快，即，是否正被鑽鑿的巖石類型是軟性的，或者是否鑽鑿已遇 到空穴，從而據此減小衝擊壓力或者使其完全淨止，以避免損壞性的反作 用。然而，確定鑽鑿是否進行太快的該方法的缺點在於，它只給出估測的 鑽鑿速度，該估測的鑽鑿iiA有可能會與實際鑽鑿速度有相當大的差別。 而且，由於該已知方案基於液壓部件，所以會難以^4^人滿意的方式才艮據 進給壓力調整衝擊壓力。這部分地是因為各種類型的巖石會要求根據進給 壓力對衝擊壓力進行不同的改變。如果巖石;l硬性的，那麼必須在特定的 *壓力下減小衝擊壓力，而對軟性巖石進行鑽鑿則要求在完全不同的進 給壓力下減小衝擊壓力。此外，不能正確維持或者不能正確調整的a器 意味著壓力變化不是均等地明顯，這使得控制甚至更加困難。
本發明至少減少了現有系統中的缺點，下面將參照圖3和4對本發明 進行更為詳細地描述。代智4吏用液壓壓力以控制衝擊壓力，根據本發明， 鑽^M目對於諸如i^杆13等支撐件的iUL用於該目的。鑽;M目對於進給杆 的速度的使用提供了比基於液壓壓力或流體流動的控制類型明顯更精確 的控制基礎，從而還能夠獲得對衝擊壓力明顯更精確的控制。
根據本發明，比如，藉助於速度傳感器44來確定鑽鑿速度，所^it度 傳感器測量鑽機(車架)相對於進給杆的速度。可替代地，可以用位置傳 感器來測量鑽機(車架)隨著時間的位置變化，然後根據該位置變化以傳 統方式來確定速度。位置傳感器可以用於比如測量沿著進給杆的相對運 動，這方面例如能夠通過如下方式進行，即使用布置在車架(或^^杆) 上的IR傳感器來險測相對於布置在進給杆(或車架)上的讀數標尺的運 動(速度)，因而可以使用反射光來確定位置。讀數標尺既可以布置成使 得僅僅檢測相對運動，也可以布置成使得藉助於比如能夠由IR傳感器檢 測的合適代碼來檢測絕對位置。
10在圖3中傳感器44布置在車架41上。然而，本發明不局限於使用IR 傳感器，可替代地，也可以使用諸如雷射傳感器等任何其它合適的傳感器。
圖4示出了才艮據實際鑽鑿iUL控制衝擊壓力的示例。圖4示出了兩個 曲線圖；上曲線示出了作為時間的函數的衝擊壓力及其隨著鑽鑿速度的變 化，而下曲線圖則示出了作為時間的函數的鑽鑿速度。如在該圖中能夠看 出，衝擊壓力被控制在第一級別Sl與第二級別S2之間。第一級別Sl是 衝擊壓力被^L作低的減小級別，諸如用於初始鑽鑿的衝擊壓力，而第二級 別S2是正常鑽鑿級別，即衝擊壓力處於被視作具體巖石類型所需的值的 級別。應當意識到，在實踐中，這些級別能夠隨著相關巖石類型而變化。
如從圖4中能夠看出，只要鑽鑿速度低於特定速度，圖4中給出的該 特定速度是B2，就允許衝擊壓力停留於正常鑽鑿級別。從該圖還可以看到， 速度B2設定為高於對相關巖石而言視作正常的鑽鑿iUL (鑽速)Bl。這 使得在開始進行根據本發明的控制之前，鑽鑿iUL可以進行一定的變化。 被視作正常鑽鑿速度的值比如可以通過在合適的部位鑽出一個或多個測 試孔來確定，所述合適部位比如是巖石已知為均勻且^L代表待執行鑽鑿 的區域的特徵的部位。B2的值比如可以給定為正常鑽鑿速度B1的x%， 其中x大於100。
當鑽鑿iUL超ititJL B2時，開始進行^^據本發明的控制。只JHfe鑿 速度保持在比如圖4所示的鑽鑿i!JL值B2與B3之間，則維持該控制。
在時刻t2,鑽鑿il^超itil度B2，並且當鑽鑿iUL超過該速度時開始 使衝擊壓力減小。在這裡所示出的示例中，對衝擊壓力的控制與鑽鑿速度 成比例，也就是說，如果鑽鑿il;變的增加是線性的，那麼沖擊壓力的減小 也是線性的。當鑽鑿iUL隨後在時刻t3到達更高速度B3時，只要鑽鑿速 度等於鑽鑿速度B3或超過鑽鑿速度B3,如在t3與t4之間的區段中所示， 則衝擊壓力減小到初始鑽鑿級別Sl (或者另一合適的級別)。當隨後鑽鑿 速度在時刻t4再次下降到鑽鑿iULB3以下時，衝擊壓力再次按比例遵循 鑽鑿ilA，以在時刻t5再次採用正常鑽鑿i^JL。然後這種情況持續到鑽鑿 速度再次超iti^L B2或者鑽鑿^Mt終止。代替將衝擊壓力減小到初始鑽 鑿級別，在鑽鑿5l^L超itit度B3時，可以將衝擊壓力減小到脊逸的正常 鑽鑿壓力的任意百分數，或者完全停止。除了減少了現有技術的缺點以外，本發明還具有所需液壓部件的數量得以減少的優點；這些部件不僅比較昂貴，而且操作不穩定，部分原因是 其操作隨著油的粘性而變化，而油的粘性進而取決於環境溫度和所使用的 油的類型。本發明還具有慣性和摩擦的作用得以減小或完全消除的優點， 所述慣性和摩擦的影響隨著時間在進給杆中出現。至此是在線性控制的情況下描述了本發明。然而，當然還能夠梯4t鑽 鑿iiA的任意函數來控制衝擊壓力。比如，衝擊壓力可以設置成隨著鑽鑿 速度以指數方式或者以對數方式來減小和增大。使用數學函lbl有利的， 其能夠比如容易地編入控制單元16中而能夠用於控制目的。可替代地，函 數可以是在圖表中給出的函數，所述圖表用於查詢對應於給定鑽鑿速度的 衝擊壓力。在可替代的實施方式中，衝擊壓力步進地增高，使得鑽鑿速度的一定 的增大或減小分別引起一步上升或下降。然而，每個步進與第一級別Sl 與第二級別S2之間的總差值相比而言是小的。圖5示出了本發明的另一種實施方式。直到時刻t5，該實施方式都與 圖4中所示的實施方式相同，但是現在，具有用於衝擊壓力的另一個級別 S3,在該級別S3中衝擊壓力高於正常鑽鑿壓力S2。在該實施方式中，當 鑽鑿速度在時刻t6降低到正常鑽鑿速度B1以下時，允許衝擊壓力升高至 級別S3。比如，如圖中所示，對於t6與t7之間的區段，當鑽鑿iUL降低 到正常鑽鑿速度以下時，在這種情況下仍然可以使用上述的控制以使衝擊 壓力遵循鑽鑿速度。令衝擊壓力超過正常鑽鑿壓力的優點是，在被鑽巖石 散布有明顯更硬的巖石層的情形下，使鑽鑿更加容易或者就是使鑽鑿可 行。這能夠在這樣的情形下發生，即用於正常鑽鑿的衝擊壓力S2不足 以使堅硬的巖石破碎。如果在這種情形下，衝擊壓力增高至超itiE常壓力 的級別，那麼所^^放的衝擊波的能量增加，這^有更硬巖石 的區域。在圖5中的t8與t9之間，當更M石的部分已被穿透，鑽鑿速 度再次增大，從而在時刻t9再次達到正常鑽鑿速度Bl，適當地控制衝擊 壓力以確保在時刻t9再次達到正常鑽鑿級別S2。以上描述僅僅涉及根據鑽鑿速度控制沖擊壓力。然而，這種控制還能 夠與進給壓力的控制相結合。換句話說，進給壓力也能夠設置成根據相同原理基於鑽鑿速度而被控制，從而當鑽鑿速度增大時減小進給力，並且/或者，當鑽鑿iUL減小時增高i^力。對於各自的壓力控制，鑽鑿itJL對 進給壓力和衝擊壓力的作用可以設置成不同。比如，衝擊壓力的相對變化 可以大於進給壓力的相對變化，反之亦然。類似地，比如可以根據第一數 學函數對衝擊壓力進行線性控制，同時，比如#^據第二函數對*壓力以 非線性方式進行控制。如上述在衝擊壓力的情況中所述，*壓力也能夠在諸如初始鑽鑿級 別與正常鑽鑿級別這兩個級別之間加以控制，這兩個級別當然可以因巖石 類型的不同而不同。而且，對a壓力的控制也可以設置成達到普遍的正 常鑽鑿壓力的任意百分數，或者進給壓力可以完全降止，當鑽鑿速JL^過 比如速度B3時。圖6示出了能夠有利地使用本發明的鑽鑿應用場合。如前所述，軟性 和易碎巖石是最難鑽鑿的。在鑽鑿期間當鑽頭遇到空穴時，阻力突然下降， 並且鑽鑿速度大大地增大，因而當iUL增大時可以採用如上所述的控制。 然而，如果鑽鑿iUL上升到過高的值，也會出現問題。比如，如果空穴充 填有粘土，包括在鑽頭中的、用於在鑽鑿操作期間排出衝刷介質以對鑽孔 進行衝刷的孔隙會被堵塞，這會帶來風險，即鑽屑即在鑽鑿中形成的碎 石會阻塞鑽孔，所以其在鑽鑿^Mt結束時阻礙從所述孔抽出鑽柱。如果鑽 鑿^過度上升則會出現的另 一個問JHA，當鑽頭最終抵達空穴的另 一端 並突然止動時，鑽鑿設施會受到損壞。在當根據本發明的設備遇到空穴時、鑽鑿速度因而會增大、使得至少 衝擊壓力因如上所述的原因而減小的情況下，速度的增大與不包括有;^據 本發明的控制的系統相比要小，並JLiUL的增大甚至可以完全停止，即使 僅僅處於相對較高的速度，如在圖4中t3與t4之間所見到的情況。在以上背景技術部分中提及的方案也能夠用於處理這些情形。在液壓 進給發動機的返回端處裝配有節流裝置的情況下，當鑽速超過被視作正常 的值時，節流裝置開始使流動減小，而且如上所述，進給發動機上的壓力 差減小，這除了減小如上所述的衝擊壓力以外，還確保進給馬達的動力因 此而減小，並因此而防止鑽鑿速度進一步增大。在EP 1，102，917 Bl所描述的方案中，裝配在進給發動機上遊的節流裝置確保鑽鑿l復不再進一步上升。然而，本發明和先前已知方案都存在這樣的事實，即通過空穴的速 度不會下降到正常鑽鑿速度以下；事實上，通過空穴時的速度甚至會比正 常鑽鑿it^高很多，如上面圖4中所示。在正常鑽速相對較高的木^L巖石 類型的情況下尤其如此，這種情形意味著當鑽頭再次碰擊巖石時速度會4艮 高，結果帶來了直接損壞風險。然而，根據本發明的一個方面，這種損壞 風險可以減小，因為本發明使得可以為*壓力和衝擊壓力以電子方式設 定多個控制級別，使得在正常鑽鑿期間它們不會影響系統。根據本發明的 該電子控制能夠被設定成使得僅當鑽鑿速度超過特定值時才可對進給壓 力和/或衝擊壓力進行控制，其中所述特定值由於根據本發明可以精確地確 定鑽鑿il;變而可以是高於但仍非常接近於代表正常鑽鑿速度的iiJL的值。 這使得能夠對進給壓力和/或衝擊壓力進行快速控制，從而速度上的小差異 能夠對正被控制的壓力產生大的作用。因此，本發明使得可以在達到該值的任何速度下以未受影響^t來執 行鑽鑿操作。另一方面，在根據現有技術的方案的情況下，這方面會困難 得多，因為在這些情況下的控制是基於液壓節流的，其中節流的量級影響 著控制。其缺陷在於，在速度僅稍微大於正常鑽鑿iUL而該節流未已經以 更低的il^動時，會難以獲得能給出足夠大的節流作用的節流功能，於 是這影響了衝擊壓力和/或用於正常鑽鑿IMt的衝擊壓力。這種情況通過圖6中所示的本發明實施方式來示例，圖中示出了能夠 以簡單的方式對鑽頭遇到空穴的情形進行處理的方式。根據該實施方式， 鑽鑿速度受到監控，並且當其超iti!JLH4時(歧H4代表第一 "空穴 速度"，即大於當鑽入巖石時能夠達到的值的速度)，鑽速(鑽鑿速度)、 鑽鑿壓力和衝擊壓力都^L定為預定級別，直到檢測到空穴的端部。圖6中 所示的時間圖是在正以高衝擊壓力S2(即用於相關巖石類型的正常鑽鑿壓 力)進行鑽鑿的正常狀態下開始的，而同時鑽鑿以正常速度H2進行。在 時刻tl,由於鑽頭遇到空穴壁，所以鑽鑿i!JL開始上升。當鑽鑿速度…在 時刻t2—達到高於或等於圖5中所示的iULB3的"空穴速度"H4時，速 度下降至預定的"運轉速度"H3，而同時衝擊壓力減小至"開鑽(collaring)" 或初始壓力S1，或者減小至另一個合適的壓力級別。然後維持速度和壓力設定直到iiJL在時刻t3減小到正常鑽鑿速度以下 並減小到第二空穴速度H1，在該iULHl下空穴被視作已^L橫穿並且重新 建立與巖石的接觸。當鑽頭再次與巖石接觸時，速度下降到較低值Hl， 因為減小的衝擊壓力不足以在正常it;變下突破巖石。當以此方式檢測到與 巖石接觸時，將衝擊壓力限制和鑽鑿速度限制改變為在正常鑽鑿操作的情 況下所使用的值，從而允許衝擊壓力再次上升到正常鑽鑿壓力S2，因而， 由於升高的衝擊壓力，鑽鑿速度也增大，使得鑽鑿速度再次達到適合於相 關巖石類型的正常鑽鑿速度H2。衝擊壓力的增大可以是快速的，如圖中所示；可替代地，其以合適的"開鑽"^Mt來表示，以防止鑽孔偏離的風險。圖6中所示的方案也可以與多個其他函lt相結合。衝擊式鑽鑿一般涉 及鑽柱的旋轉(轉位)，以確保鑽頭的釘在每次撞擊中都碰擊新的巖石。 比如，可以增大該旋轉速度，或者可以在穿過空穴期間減小該旋轉it;變。 可替代地或者除此以外，可以升高衝刷壓力，以減小鑽頭的衝刷孔隙被堵 塞的風險。圖6中所示的實施方式的優點在於，鑽頭穿過空穴變成高度受控的操 作。由於速度能夠保持於低值，所以可以相當大地減小了與巖石接觸時的 損壞風險。而且，空穴速度(運轉il;變)可以設定為高於或者低於正常鑽 鑿速度，這取決於正被鑽鑿的巖石的現變。圖6中所示的方案還具有的優 點是容易設立。當認為檢測到空穴時以及當重新建立與巖石的接觸時的速 度設定能夠從鑿巖機的控制面板上以簡單的方式進行控制，而且在鑽鑿進 行中時也能夠對之進行調整。如上所示，本發明能夠用於初始鑽鑿和正常鑽鑿。當巖石>^有許多裂 縫和/或其硬度變化非常大、使得鑽鋼偶爾會脫離與巖石接觸時，本發明尤 其有利，在這種情況下可以減少損壞性>^作用的風險。而且，這裡已結合衝擊式鑽;M"本發明進行了描述，所示衝擊式鑽機 包括衝擊式活塞，其中，衝擊脈衝或撞擊脈衝的能量大體上由傳送至鑽鋼 的衝擊活塞的動能構成。然而，本發明也可以與其它類型的衝量產生系統 結合使用，諸如衝擊波能量替代地通過壓力脈衝來產生的衝量產生系統， 所述壓力脈衝通過僅執行非常小的運動的撞擊裝置而從蓄能器傳送至鑽15鋼。
將^i人識到，但是為清A^見仍然應當指出的是，本發明中使用的術 語"根據速度的壓力的控制"不包括這樣的控制類型，即 一旦鑽鑿速度 超過闕值，衝擊壓力即從正常鑽鑿壓力突然減小到比如初始鑽鑿壓力。
而且，儘管在以上描述中已以地下鑿機的例子說明了本發明，但是本 發明也可以用於在地上操作的鑿機，以及除了上述的鑽鑿應用場合以外的 鑽鑿應用場合中。
權利要求
1.一種用於當在巖石中進行鑽鑿時控制至少一個鑽鑿參數的方法，其中使用撞擊裝置的衝量產生設備被設置成在被保持為頂靠著巖石的工具中引起衝擊波，所述衝量產生設備能夠相對於支撐裝置沿鑽鑿方向移位，其中，在鑽鑿操作期間，衝擊波所產生的壓力的壓力級別受到控制，其特徵在於，所述方法包括以下步驟-通過確定所述衝量產生設備相對於所述支撐裝置的運動來確定用於所述鑽鑿操作的實際鑽鑿速度，以及-將所述衝擊波所產生的壓力控制成為已被確定的所述鑽鑿速度的函數，其中當所述鑽鑿速度增大時使所述衝擊波所產生的壓力減小，而當所述鑽鑿速度減小時使所述衝擊波所產生的壓力增大。
2.根據權利要求l所述的方法，其中所述支撐裝置包括進給杆。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，在初始鑽鑿操作已完成後 執行所述控制。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，通過確定 所述衝量產生設備相對於所述支撐裝置的位置變化來確定所述鑽鑿iUL。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述沖量 產生i史^^目對於所述支撐裝置的所述運動由傳感器裝置來確定。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，當所述鑽 鑿iUL超過第一^時，執行使所述衝擊波所產生的壓力成為所述鑽鑿速 度的函數的所述控制。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，所述方法 進一步包括以下步驟，當所述鑽鑿iUL下降到正常鑽鑿速度以下時，將所 述衝擊波所產生的壓力控制成為所述鑽鑿速度的函數，由此使所述衝擊波所產生的壓力增大到高於正常鑽鑿級別的級別。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，所述方法 進一步包括以下步驟，當所述鑽鑿iUL超過第 一空穴速度時--其中所述第一空穴速度代表確定出鑽鑿已抵達空穴的il;變，將所述衝量產生設備的最大ii^速率(鑽鑿速度)設定於預定值。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括以 下步驟，在已檢測到所述第一空穴iUL後，當所述鑽鑿速度下降到更低的 第二空穴速度以下時^_所述衝擊波所產生的壓力增大到正常鑽鑿壓力，其 中所述第二空穴itJL代表鑽鑿已抵達所述空穴的端部的速度。
10. —種用於當在巖石中進行鑽鑿時控制至少一個鑽鑿^lt的設備， 其中使用撞擊裝置的衝量產生設備被設置成在被保持為頂靠著巖石的工 具中引起衝擊波，所述衝量產生i殳備能夠相對於支撐裝置沿鑽鑿方向移 位，並且，在鑽鑿期間，衝擊波所產生的壓力的壓力級別受到控制，其特 徵在於，所述設備包括用於進行以下步驟的裝置-通過確定所述衝量產生設"^相對於所述支撐裝置的運動來確定用於 所述鑽鑿操作的實際鑽鑿iUL，以及-將所述衝擊波所產生的壓力控制成為已被確定的所述鑽鑿iUL的函 數，其中所述設備進一步包括用於進行以下步驟的裝置在所述控制中， 當所述鑽鑿itJL增大時使所述衝擊波所產生的壓力減小，而當所述鑽鑿速 度減小時使所述衝擊波所產生的壓力增大。
11.根據權利要求10所述的設備，其特徵在於，所述支撐裝置包括進 給杆。
12.根據權利要求10或11所述的設備，其特徵在於，所述控制被設 置成在初始鑽鑿操作已完成後執行。
13.根據權利要求10至12中任一項所述的設備，其特徵在於，用於 確定所述鑽鑿速度的所述裝置設置成通過確定所述衝量產生設備相對於 所述支撐裝置的位置變化來確定所述鑽鑿速度。
14.根據權利要求10至13中任一項所述的設備，其特徵在於，用於 確定所述鑽鑿速度的所述裝置設置成藉助於傳感器裝置來確定所述沖量 產生i殳^^目對於所述支撐裝置的運動。
15.根據權利要求10至14中任一項所述的設備，其特徵在於，用於 根據所述鑽鑿速度來控制所述沖擊波所產生的壓力的所述裝置設置成當 所述鑽鑿速M過第 一速度時執行所述控制。
16.根據權利要求10至15中任一項所述的設備，其特徵在於，所述 設備進一步包括用於進行以下步驟的裝置當所述鑽鑿iUL下降到正常鑽 鑿iUL以下時，將所述衝擊波所產生的壓力控制成為所述鑽鑿速度的函 數，其中使所述衝擊波所產生的壓力增高到高於正常鑽鑿級別的級別。
17.根據權利要求10至16中任一項所述的設備，其特徵在於，所述 設備進一步包括用於進行以下步驟的裝置當所述鑽鑿iUL超過第一空穴 速度時將所述衝量產生設備的最大進給率(鑽鑿il;變)設定於預定iUL， 其中所述第一空穴速度代表確定出鑽鑿已抵達空穴的i^。
18.根據權利要求17所述的設備，其特徵在於，所述設備進一步包括 用於進行以下步驟的裝置在檢測到所述第一空穴速度後，當所述鑽鑿速 度下降到更低的第二空穴iUL以下時使所述衝擊波所產生的壓力增大到 正常鑽鑿壓力，其中所述第二空穴itJL代表鑽鑿已抵達所述空穴的端部的 速度。
19. 一種鑿巖機，其特徵在於，所述鑿巖機包括根據權利要求10至18 中任一項所述的設備。
全文摘要
本發明涉及一種用於當通過鑽機在巖石中進行鑽鑿時控制鑽鑿參數的方法和設備。在鑽鑿期間，使用撞擊裝置的衝量產生設備被設置成在被保持為頂靠著巖石的工具中引起衝擊波，所述衝量產生設備能夠相對於支撐裝置沿鑽鑿方向移位，其中，在鑽鑿期間，衝擊波所產生的壓力的壓力級別受到控制。通過確定所述衝量產生設備相對於所述支撐裝置的運動來確定所述鑽鑿操作的鑽鑿速度，並且將所述衝擊波所產生的壓力控制成為已被確定的所述鑽鑿速度的函數。
文檔編號E21B44/00GK101657606SQ200880011811
公開日2010年2月24日 申請日期2008年4月9日 優先權日2007年4月11日
發明者喬納斯·辛納斯塔德, 馬庫斯·洛伊厄, 馬格納斯·奧爾松 申請人:阿特拉斯·科普柯鑿巖設備有限公司