專利名稱：用于控制巖石鉆鑿裝置的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制巖石鉆鑿裝置的方法和設(shè)備，所述巖石鉆鑿裝置包括具
有至少一個進(jìn)給桿的運載車輛，鉆機能夠在所述進(jìn)給桿上來回運動，其中，用于鉆鑿裝置控 制的參數(shù)由控制單元設(shè)定，并且，多種操作模式中的每一種包括針對于鉆鑿裝置的不同操 作參數(shù)的具體操作設(shè)定值。
背景技術(shù)：
當(dāng)執(zhí)行沖擊式鉆巖時，鉆機的沖擊機構(gòu)產(chǎn)生沖擊波。該沖擊波作為能量應(yīng)力波通 過鉆桿一直傳送到鉆頭。當(dāng)應(yīng)力波到達(dá)鉆頭時，以這樣的強力將其硬質(zhì)金屬圓頂元件推頂 在巖石上，使得巖石破裂。為了使硬質(zhì)金屬圓頂元件在一次沖撞之后與未受影響的巖石接 觸，鉆桿借助于轉(zhuǎn)子和傳動裝置而旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子包括旋轉(zhuǎn)馬達(dá)(通常被液壓地驅(qū)動)。通 過沖刷來持續(xù)地從鉆頭前側(cè)清除巖石粉末。 鉆機安裝在支架上，所述支架能夠在進(jìn)給桿上來回運動。鉆機和滑動件借助于進(jìn)
給馬達(dá)而沿著進(jìn)給桿朝向巖石被驅(qū)動，所述進(jìn)給馬達(dá)可以是液壓缸或鏈?zhǔn)竭M(jìn)給機。 當(dāng)新的鉆鑿裝置運送至買家時，鉆鑿裝置被設(shè)定以針對于鉆機的鉆探或操作參數(shù)
的基本設(shè)定值。這些參數(shù)比如是用于鉆鑿裝置的不同部件的壓力和液壓流級別。而且，設(shè)
定了鉆鑿裝置的操作功能的特性，其涉及鉆鑿裝置在被不同地感測到的操作條件期間如何
受到控制或者如何響應(yīng)于此。 新的鉆鑿裝置的基本設(shè)定值一般被調(diào)節(jié)為在使用鉆鑿裝置的預(yù)期區(qū)域中占主導(dǎo) 的、并且可能是滿足用戶要求的操作條件。如果鉆鑿裝置被移動至鉆探狀況不同的另一個 地點，或者更一般地，在鉆探的狀況變化相當(dāng)大的時候，那么應(yīng)當(dāng)調(diào)整參數(shù)而以不同方式進(jìn) 行設(shè)定，以便適應(yīng)于這些新的狀況，以使鉆探盡可能地具有效率。 鉆鑿裝置設(shè)定值的調(diào)整一般由技術(shù)人員，并且在一些情況下由鉆鑿裝置操作員， 手動進(jìn)行，由此設(shè)定了對鉆機的沖擊機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)、進(jìn)給馬達(dá)等產(chǎn)生影響的多個參數(shù)。
難以被如此設(shè)定的基本參數(shù)是-進(jìn)給壓力，進(jìn)給壓力過高會導(dǎo)致偏離鉆探方向，而進(jìn)給壓力過低會導(dǎo)致鉆柱接頭 磨損、松動并最終導(dǎo)致鉆柱斷裂。-沖擊壓力，沖擊壓力過高會導(dǎo)致磨損和斷裂、通過鉆柱的反作用力增加，而沖擊
壓力過低會導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。-旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)速度過高會導(dǎo)致磨損且有時偏離鉆探方向，而旋轉(zhuǎn)速度過低會導(dǎo)
致磨損和生產(chǎn)率降低。除了基本參數(shù)以外，還有大量需要設(shè)定的鉆探參數(shù)，僅作為示例，比
如有-進(jìn)給速度和進(jìn)給控制級別，進(jìn)給速度和進(jìn)給控制級別過高時，如果在鉆探期間鉆
頭進(jìn)入空穴，則會導(dǎo)致設(shè)施損壞，而進(jìn)給速度和進(jìn)給控制級別過低時，會導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。
-阻尼壓力控制級別，阻尼壓力控制級別過高會導(dǎo)致生產(chǎn)率降低，因為沖擊壓力常 常會降低至開鉆級別，而阻尼壓力控制級別過低則將會導(dǎo)致磨損和斷裂。
-沖刷介質(zhì)壓力，沖刷介質(zhì)壓力過高將會導(dǎo)致鉆頭磨損和能量高消耗，而沖刷介質(zhì) 壓力過低則會導(dǎo)致鉆頭被堵塞。 與參數(shù)的手動設(shè)定有關(guān)的問題在于，正確地為現(xiàn)代鉆鑿裝置提供精確的參數(shù)設(shè)定 值是非常復(fù)雜的，因為改變一個參數(shù)會影響到一個或多個其它參數(shù)的狀況。具體而言，進(jìn)給 力和旋轉(zhuǎn)扭矩彼此間需要平衡，以維持有效的鉆探操作。因巖石構(gòu)成狀況發(fā)生變化而造成 這種平衡的缺失會更容易地導(dǎo)致阻塞問題。 因此，即使對于熟練的技術(shù)人員或具有大量關(guān)于系統(tǒng)功能知識的操作員而言，獲 得良好的結(jié)果也會是非常困難的。最為常見的是，必須執(zhí)行試錯法，而這會非常耗時。
其結(jié)果是經(jīng)常根本就不進(jìn)行新的調(diào)整，或者鑿進(jìn)裝置被設(shè)定成使得操作不能達(dá)到 其應(yīng)能夠達(dá)到的效率。這會導(dǎo)致磨損增加，并且/或者會導(dǎo)致不必要的無效操作。
作為背景技術(shù)的一個示例可以提到US 2004/0140112 Al。該文獻(xiàn)描述了一種用于 控制鉆巖過程的裝置，其中，可以根據(jù)不同的準(zhǔn)則來選擇多種控制模式來控制鉆探。作為控 制模式的示例而提到了 效率模式、質(zhì)量模式、成本模式和最佳模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方法和設(shè)備，在所述方法和設(shè)備中，至少減少了背景 技術(shù)部分中所述的缺陷。 當(dāng)每一種操作模式與要在其中執(zhí)行鉆探的巖石的特定類型相關(guān)，并且每一種操作 模式是能夠選擇的、以便設(shè)定適應(yīng)于巖石主導(dǎo)類型的操作設(shè)定值時，在所述的方法和設(shè)備 中，實現(xiàn)了這些目的。 由此，實現(xiàn)了保證鉆鑿裝置被調(diào)節(jié)和設(shè)定成盡可能地沿著被優(yōu)化的方向，所述優(yōu) 化針對于在特定類型的巖石中所進(jìn)行的操作。由此操作參數(shù)將會被設(shè)定成以便適應(yīng)于主導(dǎo) 的鉆探情況。 作為示例，可以提及的是，在容易造成巖石接觸的具有一定硬度的巖石中，可以以 "進(jìn)攻方式"進(jìn)行鉆探，也就是說采用更大的進(jìn)給力和沖擊壓力，而在其它類型的巖石中， 比如在更軟的巖石中，會有必要對更高的進(jìn)給速度和進(jìn)給速度控制級別進(jìn)行更大的動態(tài)控 制，而是采用了更低的進(jìn)給力。 在每一種模式中，設(shè)定值也要彼此間進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得設(shè)定值彼此協(xié)作而不會抵觸， 否則這會容易地成為手動設(shè)定系統(tǒng)的情況。比如，在某些狀況下，兼具高沖擊壓力和低進(jìn)給 力會對設(shè)施有害，也就是說，通過本發(fā)明能夠避免這種有害的組合。 所述操作參數(shù)優(yōu)選地是選自以下參數(shù)組中的多個參數(shù)進(jìn)給馬達(dá)壓力、旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 壓力、控制級別、旋轉(zhuǎn)速度、沖擊壓力、進(jìn)給馬達(dá)流量、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)流量、沖刷流體流、阻尼壓力 控制級別、進(jìn)給速度控制級別。 優(yōu)選地，啟動一種控制模式也會設(shè)定了用于啟動或停止鑿進(jìn)裝置的不同鉆探控制
功能的參數(shù)值。因此，所述鉆探控制功能是以下功能組中的一種或多種功能-增壓，其表示在鉆頭碰到更硬巖石的情況下使沖擊壓力增加或"增壓"。在巖石
硬度會發(fā)生顯著變化的軟性或中等硬度巖石中執(zhí)行鉆探的情況下增壓是優(yōu)選的。-孔沖刷，在更軟的巖石中需要更強烈的沖刷。根據(jù)位置、氣流、空穴數(shù)目進(jìn)行調(diào)節(jié)。
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-阻尼控制功能，其中，進(jìn)給壓力作為阻尼壓力的函數(shù)被調(diào)節(jié)。該函數(shù)適用于硬性 巖石，但不能直接適用于軟性巖石。-增速旋轉(zhuǎn)，其能夠在軟性巖石中有用，但在硬性巖石中不適用，因為會增大鉆頭 磨損。-抗阻塞功能。 在抗阻塞功能的情況下，通常，當(dāng)鉆機在途中被堵塞時，將增加旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)壓 力，因為此時需要更高的扭矩，以便使鉆頭旋轉(zhuǎn)。 如果旋轉(zhuǎn)壓力繼續(xù)升高到對應(yīng)于"阻塞限度"的級別，將起動具有抗阻塞保護的功 能，從而導(dǎo)致鉆探滑動件的反向進(jìn)給。如果在設(shè)定時間內(nèi)阻塞沒有停止，那么應(yīng)當(dāng)終止所有 的鉆探功能。-進(jìn)給的壓力控制_進(jìn)給的流量控制 在申請人所設(shè)想的可替代鉆探控制功能中，提供了對流至進(jìn)給馬達(dá)的供給流的壓 力和流量進(jìn)行控制的組合，以便當(dāng)鉆機在途中被阻塞時提供更緩和且響應(yīng)性更強的控制。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)壓力增大到第一級別以上時，可以起動該功能，所述第一級別可以是一組憑經(jīng)驗確 定的參數(shù)值，其指示旋轉(zhuǎn)扭矩進(jìn)而旋轉(zhuǎn)阻力增大到可以被視作對應(yīng)于正常鉆巖的值以上。 由于這種減小，進(jìn)給流將起作用而最佳地適應(yīng)于中度和軟性巖石。 所述操作模式與以下組中的任一相關(guān)軟性巖石、中等硬度巖石、硬性巖石。這也 可以利用另外的組來完成，比如松散巖石、磨蝕性巖石或含礦巖石等等。 通過本發(fā)明，對于用于不同模式的不同鉆探控制功能，可以規(guī)定如果準(zhǔn)備啟動功能， 那么要啟動多種功能中的哪種，在相應(yīng)模式內(nèi)哪個壓力和流量級別要被設(shè)定用于起動控制措施。
根據(jù)優(yōu)選實施方式，選擇出以下組中的一個或多個參數(shù)鉆頭尺寸、鉆桿尺寸。優(yōu)
選地，這可以手動進(jìn)行。因此，系統(tǒng)容易適應(yīng)于影響著設(shè)施元件的鉆探過程。優(yōu)選地，以下 參數(shù)中的一個或多個參數(shù)作為鉆頭尺寸的函數(shù)而變化沖刷流、旋轉(zhuǎn)速度、進(jìn)給壓力、沖擊
壓力、進(jìn)給力-旋轉(zhuǎn)扭矩的關(guān)系比率、用于起動抗阻塞功能的起始點。同樣優(yōu)選地，以下參
數(shù)中的一個或多個參數(shù)作為鉆桿尺寸的函數(shù)而變化沖擊壓力、進(jìn)給馬達(dá)壓力。 熟練的操作員通常對鉆鑿裝置的性能有感覺，這在某些方面上勝過通過控制系統(tǒng)
所能夠獲得的。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，使得可以在建議性范圍內(nèi)或根據(jù)所設(shè)定的值而建
議對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 盡管對于手動調(diào)整通常存在問題，但是根據(jù)本發(fā)明的該方面，有利的是，使熟練的
操作員具有一定的自由以對鑿進(jìn)裝置的設(shè)定進(jìn)行微調(diào)。具體而言，當(dāng)系統(tǒng)給予熟練的操作
員機會以在可以預(yù)先確定的一定限度內(nèi)影響某些參數(shù)的設(shè)定值時，這是有利的。在一種優(yōu)
選實施方式中，系統(tǒng)向操作員給出建議性設(shè)定值的指示，因而操作員具有機會以對建議性
設(shè)定值進(jìn)行一定的調(diào)整，從而既可以從建議性參數(shù)值以所確定的最大值偏離，也可以在建
議性范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。這些建議值以有利方式被確定，使得參數(shù)不會彼此沖突。 在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中獲得了對應(yīng)的優(yōu)點。 本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點和特征將在以下詳細(xì)描述中說明。


下面將通過實施方式并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述，其中
圖1示意性地示出了裝備有根據(jù)本發(fā)明的具有控制系統(tǒng)的設(shè)備的鉆鑿裝置； 圖2示意性地示出了用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的輸入設(shè)備； 圖3以簡單流程圖的形式示意性地示出了方法順序； 圖4示出了作為扭矩的函數(shù)的進(jìn)給力的線圖； 圖5示出了作為鉆桿尺寸的函數(shù)的最大沖擊功率級別的線圖； 圖6示出了用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的替代性輸入設(shè)備。
具體實施例方式
在圖1中，附圖標(biāo)記1表示用于鉆巖的鉆鑿裝置，其具有支承進(jìn)給桿3的臂。按照 慣例，在進(jìn)給桿3上支撐有能夠來回運動的鉆巖機2，所述鉆巖機2作用在鉆桿4上，所述鉆 桿4在其遠(yuǎn)端設(shè)置有鉆頭5。 鉆巖機2以本身為已知的方式包括旋轉(zhuǎn)設(shè)備(未圖示)，所述旋轉(zhuǎn)設(shè)備用于在鉆 探期間使鉆桿4旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)馬達(dá)通過經(jīng)由管道8而從泵7發(fā)出的旋轉(zhuǎn)流體流而被液壓地驅(qū) 動。管道8中的壓力是由壓力傳感器9感測的旋轉(zhuǎn)壓力。 鉆巖機2通過進(jìn)給馬達(dá)(未圖示)在其向前運動中以進(jìn)給力F而被驅(qū)動，所述進(jìn) 給馬達(dá)通過由泵10產(chǎn)生的、經(jīng)由進(jìn)給管道11傳送的進(jìn)給流而被液壓地驅(qū)動。進(jìn)給管道11 中的壓力是由壓力傳感器12感測的進(jìn)給壓力。附圖標(biāo)記6表示中央處理單元(CPU)，所述 中央處理單元接收來自傳感器9和12的信號，并因此而監(jiān)測這些管道中的壓力。按照慣例， 鉆機外殼內(nèi)的沖擊機構(gòu)(未圖示)由具有沖擊流體壓力的沖擊流體流驅(qū)動。鉆巖裝置的位 置和速度以進(jìn)給桿上的長度傳感器(未圖示)來確定。 當(dāng)CPU 6實施控制功能時，其與泵7、10以及與鉆巖機2通信。沖擊流體壓力由 CPU 6監(jiān)測和控制。而且，CPU 6優(yōu)選地具有其它功能，由于這些其它功能不是本發(fā)明的主 題，所以這里不加以描述。圖l示出了地下鑿進(jìn)裝置，但是本發(fā)明也能夠應(yīng)用于地面操作的 鑿進(jìn)裝置。 13表示采用觸摸屏形式的輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備將與CPU通信，以便選擇準(zhǔn)備 使用的模式。在所示觸摸屏的情況下，六個模式M1-M6被預(yù)先編程，并以觸摸屏上的按鈕區(qū) 來表示。14表示連接至CPU的存儲器，且所述存儲器保存有用于不同模式的設(shè)定值。存儲 器也可以是CPU中的內(nèi)存的一部分。可替代地，用于具體模式的值可以經(jīng)由局域網(wǎng)、經(jīng)由互 聯(lián)網(wǎng)等而被輸送至鑿進(jìn)裝置。 也可以使用用于執(zhí)行進(jìn)入模式的其它方法作為鑿進(jìn)裝置的操作員程序中的菜單， 使得對鑿進(jìn)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制以便自動進(jìn)入準(zhǔn)備用于特定操作地點的模式，或者使得鑿進(jìn) 裝置經(jīng)由CPU而簡單地連接至一組按鈕，一個或多個調(diào)整旋轉(zhuǎn)等。 不僅巖石的狀況影響鉆鑿裝置的操作。不同的鉆頭和不同的鉆桿也會對不同的操 作參數(shù)造成影響。為此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，有利的是，也可以將關(guān)于在鉆探期間 所使用的鉆頭和鉆桿的信息輸入到CPU中。 圖2中示出了輸入設(shè)備，其具有模式選擇器30，以便在三種巖石狀況即軟性巖石 (S)、中度巖石(M)或硬性巖石(H)中選擇一種。 圖2中的設(shè)備進(jìn)一步具有用于借助于旋轉(zhuǎn)選擇器31輸進(jìn)鉆頭尺寸的裝置，以便在 數(shù)目適當(dāng)?shù)?、?yōu)選為標(biāo)準(zhǔn)鉆頭尺寸之間進(jìn)行選擇。這里，作為示例，數(shù)目為三個(1，2和3)，表示鉆頭直徑為115、 125和140mm。 圖2中的設(shè)備進(jìn)一步具有用于輸進(jìn)鉆桿尺寸的裝置。附圖標(biāo)記32表示用于在三 個不同的鉆桿尺寸(A、B和C)中選擇一個的旋轉(zhuǎn)選擇器，這里，作為示例，三個不同的鉆桿 尺寸(A、 B和C)表示鉆桿直徑為45、51和60mm。 通過使用結(jié)合電動液壓系統(tǒng)的、比如圖2中所示的簡單的輸入設(shè)備，這些預(yù)設(shè)參
數(shù)能夠輸入到控制器系統(tǒng)中的控制模式中；這將會簡化系統(tǒng)調(diào)整和調(diào)節(jié)過程。 比如，圖2中的輸入設(shè)備可以進(jìn)行修改，使得用于鉆桿和鉆頭尺寸的選擇器包括
在與圖1中的觸摸屏相似的觸摸屏上。 在圖3中以流程圖形式示出了方法順序，其中 位置20表示順序的開始。 位置21表示選擇與準(zhǔn)備要在其中執(zhí)行鉆探的巖石的特定類型相關(guān)的操作模式， 并且輸進(jìn)用于預(yù)期鉆探過程的鉆桿和鉆頭尺寸。 位置22表示啟動所選擇的操作模式，從而設(shè)定了為所選擇的操作模式而存儲的 操作參數(shù)。 位置23表示分別設(shè)定和啟動了與所選擇的操作模式相關(guān)的鉆探控制功能。
位置24表示根據(jù)所啟動的操作模式來操作鉆鑿裝置。
位置25表示順序的結(jié)束。 與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備相關(guān)的、根據(jù)本發(fā)明來施行所啟動的功能的裝置是本身常規(guī) 的控制設(shè)備 用于控制沖擊機構(gòu)的裝置可以包括用于感測阻尼壓力或進(jìn)給壓力的傳感器，并且 響應(yīng)于此而控制沖擊活塞的沖擊壓力和/或行程長度。 用于監(jiān)測與旋轉(zhuǎn)扭矩相關(guān)的參數(shù)的裝置適當(dāng)?shù)匾环矫鎸崿F(xiàn)為與本身已知的壓力 控制裝置組合的CPU中的軟件、另一方面實現(xiàn)為與本身已知的流體控制裝置組合的CPU中 的軟件，其中所述參數(shù)用于壓力或流量，所述壓力或流量響應(yīng)于用于該參數(shù)的值的變化而 控制進(jìn)給力。 用于通過改變流向流體馬達(dá)裝置的進(jìn)給流來分別減小和增加進(jìn)給力的裝置適當(dāng) 地實現(xiàn)為與本身已知的流體控制裝置組合的CPU中的軟件，其中所述流體馬達(dá)裝置執(zhí)行與 參數(shù)值的變化相關(guān)的進(jìn)給。 用于以預(yù)設(shè)鉆機參數(shù)起動抗阻塞功能的裝置適當(dāng)?shù)赝ㄟ^與本身已知的機械設(shè)定 裝置組合的CPU中的軟件來實現(xiàn)。 對于流量控制，可以適當(dāng)?shù)厥褂脡毫ρa償閥，這意味著用于進(jìn)給的主閥的內(nèi)部與 外部間的壓力差將會盡可能地保持為恒定。 對于壓力控制，還能夠使用電子控制的壓力限制器。當(dāng)壓力超過一定級別時，其被 開通至儲槽，并且管道中壓力減小。也可以使用受控的液壓泵。 市場上現(xiàn)有的鉆探控制裝置通常具有不可調(diào)整的預(yù)設(shè)狀況值，或者在現(xiàn)場使用試 錯法來確定控制參數(shù)，以實現(xiàn)抗阻塞、鉆探功率調(diào)節(jié)和系統(tǒng)能量級別調(diào)整的最好結(jié)果。該過 程需要有經(jīng)驗的操作人員來執(zhí)行調(diào)整和設(shè)定。如果在巖石構(gòu)成不同的鉆探現(xiàn)場需要經(jīng)常性 地執(zhí)行該過程，那么這顯然是不實用的。如上所述，在實踐中，由于執(zhí)行設(shè)定過程困難，所以 這些系統(tǒng)不作調(diào)節(jié)。
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關(guān)于沖擊鉆探的抗阻塞機構(gòu)所基于的是旋轉(zhuǎn)扭矩級別調(diào)節(jié)了進(jìn)給力級別(或推 力)以便防止鉆柱阻塞的原理。這是基于扭矩級別與供應(yīng)至鉆柱的進(jìn)給力成比例的理論。 當(dāng)在某些巖石狀況下施加過多的進(jìn)給力時，扭矩級別將會提升過高而超出鉆巖旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的 能力。于是將發(fā)生阻塞狀況。 如果抗阻塞機構(gòu)中的參數(shù)被預(yù)設(shè)成使得基本上在通過系統(tǒng)來設(shè)定進(jìn)給力時，任何 鉆探操作員能夠容易地沿其最佳方向調(diào)整系統(tǒng)，那么將可獲利多多。由此實現(xiàn)了抗阻塞過 程在任何時間盡可能地有效，以便實現(xiàn)平穩(wěn)鉆探以及對能量的最佳利用。
在圖4中，進(jìn)給力從Tl開始被表示為扭矩級別的函數(shù)F = k(T-Tl)。如果我們使 用D來表示鉆頭尺寸，并使用H來表示巖石硬度，那么將上述等式中的Tl定義為鉆頭尺寸 D和巖石硬度H兩者的函數(shù)。曲線的斜率k也是鉆頭尺寸D和巖石硬度H的函數(shù)。這些可 以表示為 Tl二fjD，H)
k = f2(D，H) 最大沖擊功率級別與鉆桿尺寸、所施加的進(jìn)給力、用以連接鉆桿的聯(lián)接件以及鉆 桿中使用的材料的應(yīng)力級別限度直接相關(guān)。如果P表示鉆探功率，而d表示鉆桿尺寸，那么 該關(guān)系也可以描述如下 P = f3(d， F);這表示在圖5中; 其中，在上述等式中 F =鉆探進(jìn)給力 T =鉆探旋轉(zhuǎn)扭矩 H =巖石硬度狀況 D =鉆頭尺寸 P =鉆探?jīng)_擊功率級別 d =鉆桿尺寸 k =扭矩_進(jìn)給的關(guān)系比率 上述等式中變量之間的精確關(guān)系由來自試驗場的經(jīng)驗數(shù)據(jù)、最大應(yīng)力級和材料強 度來限定。在多數(shù)情況下，上述等式中僅有三個參數(shù)將需要輸進(jìn)系統(tǒng)，從而預(yù)先限定巖石 狀況、鉆頭尺寸和鉆桿尺寸，其中后兩個提及的參數(shù)容易確定。 為了評估準(zhǔn)備要在其中執(zhí)行鉆探的巖石是何種類型，進(jìn)而在現(xiàn)場應(yīng)當(dāng)采取何種模
式，這種評估的基礎(chǔ)可以是對巖石、山地進(jìn)行檢驗，在測試性鉆探期間憑經(jīng)驗獲得的值等等。 圖6中示出了用于表示不同參數(shù)值并用于允許進(jìn)行手動調(diào)整的顯示和輸入裝置。 利用這種裝置，熟練的操作員具有機會以在一定限度內(nèi)影響某些被選參數(shù)的設(shè)定值?？商?代地，用于使操作員向系統(tǒng)進(jìn)行輸入的輸入裝置可以是超馳裝置，所述超馳裝置允許操作 員，優(yōu)選地在范圍內(nèi)，修改由系統(tǒng)選擇的參數(shù)值。 在該實施方式中，系統(tǒng)在建議性參數(shù)范圍內(nèi)向操作員給出建議性設(shè)定值的指示， 由此建議操作員在這些范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。 具體而言，圖6示出了顯示屏布局33，其具有三個參數(shù)儀表旋轉(zhuǎn)壓力儀表34、沖 擊壓力儀表35和阻尼壓力儀表36。[OO95] 阻尼壓力儀表36可以互換為進(jìn)給(馬達(dá))壓力儀表36。在該情況下，可以提供用 于進(jìn)給壓力的建議性范圍值。如上所述，操作員可以根據(jù)建議而對進(jìn)給壓力的設(shè)定值進(jìn)行 調(diào)整。 34' 、35'和36'表示各個儀表的指針。旋轉(zhuǎn)壓力儀表34只用于顯示主導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)壓 力。相比之下，采用半手動模式的儀表35和36中的每一個示出了建議性范圍的指示，在所 述范圍內(nèi)，操作員被建議以進(jìn)行調(diào)整。 對于儀表34，指標(biāo)38. 1、38. 2和38. 3是控制級別指標(biāo)，所述控制級別指標(biāo)指示出 不同的功能被啟動的級別。 對于示出沖擊壓力的儀表35，建議性范圍由以39. l表示的最小限度指標(biāo)和以 39.2表示的最大限度指標(biāo)表示。對于更軟的巖石狀況，需要更少的撞擊功率，這導(dǎo)致更低的 建議性壓力范圍。當(dāng)巖石狀況變?yōu)橹械扔捕葞r石時，貫穿所需的沖擊壓力更高，因而建議性 范圍更高。相似的關(guān)系適用于中度到硬性巖石的變化。在正常情況下，沖擊壓力由系統(tǒng)設(shè) 定，當(dāng)模式改變時，壓力級別一般設(shè)定在建議性范圍的中間，但是也可以處在建議性范圍的 其它部分。 阻尼壓力是進(jìn)給壓力和巖石硬度的結(jié)果。在相同的進(jìn)給壓力情況下，更軟的巖石 通常給出比更硬的巖石更低的阻尼壓力。通過增加進(jìn)給壓力，阻尼壓力將會增加。為了在 進(jìn)給力與沖擊壓力之間獲得良好的平衡，在儀表36中示出了用于被選模式的建議性阻尼 壓力范圍，其中以40. 1表示最小限度指標(biāo)，而以40. 2表示最大限度指標(biāo)，40. 3則表示與儀 表34上的指標(biāo)38. 1、38. 2、38. 3對應(yīng)的控制級別指標(biāo)。 對于儀表35和36，相應(yīng)的最小限度指標(biāo)與最大限度指標(biāo)之間的范圍是操作員被 建議以進(jìn)行調(diào)整的范圍。 至系統(tǒng)的輸入可以通過受鼠標(biāo)控制的光標(biāo)(未圖示)來進(jìn)行，所述光標(biāo)指向鄰近 每個儀表的上下轉(zhuǎn)動箭頭(未圖示)。輸入也可以是通過按壓單獨鍵盤(未圖示)上的按 鈕來進(jìn)行。屏幕也可以是用于進(jìn)行直接輸入數(shù)據(jù)的觸摸屏。具體而言，輸入期望值優(yōu)選地 以具體標(biāo)記來表示，比如與關(guān)于每個儀表的指標(biāo)相似的標(biāo)記。 圖6中的顯示屏布局也可以在不同區(qū)域中表示其它參數(shù)值(這里未圖示)。在該 實施方式中這些參數(shù)不受操作員的影響。具有布局33的屏幕可以與圖1中的屏幕33相同 或者與這種屏幕類似。 熟練程度不同的操作員能夠具有不同的訪問級別并給予對不同參數(shù)和/或?qū)Σ?同參數(shù)范圍進(jìn)行調(diào)整的不同權(quán)限。 本發(fā)明可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行修改，而且可以偏離上述的實施方式。
可以具有只利用了上述的抗阻塞功能的簡單系統(tǒng)。在一些情況下，有可能不必具 有用于將鉆頭尺寸和/或鉆桿尺寸輸進(jìn)到系統(tǒng)中的裝置，比如，如果決定要在狹窄界定的 使用區(qū)域中操作鑿進(jìn)裝置。 如上所述，參數(shù)也可以經(jīng)由LAN(局域網(wǎng))或以任何其它適當(dāng)?shù)姆绞蕉惠斶M(jìn)到系 統(tǒng)中。
權(quán)利要求
一種用于控制鉆鑿裝置(1)的方法，所述鉆鑿裝置(1)包括具有至少一個進(jìn)給桿(3)的運載車輛，鉆機(2)能夠在所述進(jìn)給桿(3)上來回運動，其中，鉆鑿裝置的參數(shù)由控制單元(6)設(shè)定，并且，多種操作模式(M1-M6)中的每一種包括針對于所述鉆鑿裝置的不同操作參數(shù)的具體操作設(shè)定值，其特征在于-每一種操作模式(M1-M6)是能夠選擇的，使得所述鉆鑿裝置的操作與要在其中執(zhí)行鉆探的特定類型的巖石相關(guān)，并且-每一種操作模式(M1-M6)包括適應(yīng)于主要類型的巖石的操作設(shè)定值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作參數(shù)是以下參數(shù)組的多個參數(shù) 進(jìn)給馬達(dá)壓力、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)壓力、旋轉(zhuǎn)速度、沖擊壓力、沖擊流體流、進(jìn)給馬達(dá)流量、旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 流量、沖刷流體流、阻尼壓力控制級別。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，一種操作模式(Ml-M6)的啟動設(shè)定用 于所述鉆鑿裝置(1)的鉆探控制功能的值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 、2或3所述的方法，其特征在于，所述鉆探控制功能是以下功能組中 的一種或多種功能增壓、孔沖刷、進(jìn)給的壓力控制、進(jìn)給的流量控制、抗阻塞功能、阻尼控 制功能、超旋轉(zhuǎn)、沖擊壓力的進(jìn)給速度控制。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述控制模式(Ml-M6)與以 下組中的任一項相關(guān)軟性巖石、中等硬度巖石、硬性巖石、松散巖石、磨蝕性巖石、含礦巖 石。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，選擇出以下參數(shù)組中的一個或多個參數(shù)鉆頭尺寸、鉆桿尺寸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中選擇了鉆頭尺寸，其特征在于，以下參數(shù)中的一個或多個參數(shù)作為鉆頭尺寸的函數(shù)而變化沖刷流、旋轉(zhuǎn)速度、進(jìn)給壓力、沖擊壓力、進(jìn)給力-旋轉(zhuǎn)扭矩的關(guān)系比率、用于起動抗阻塞功能的起始點。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6和7中任一項所述的方法，其中選擇了鉆桿尺寸，其特征在于，以下參數(shù)中的一個或多個參數(shù)作為鉆桿尺寸的函數(shù)而變化沖擊壓力、進(jìn)給馬達(dá)壓力。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，由授權(quán)的操作員進(jìn)行操作參數(shù)設(shè)定值的輸入調(diào)整。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在預(yù)定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，向所述操作員給出建議性參數(shù)范圍 內(nèi)的建議性設(shè)定值的指示。
12. —種用于控制具有至少一個進(jìn)給桿(3)的鉆探運載車輛的設(shè)備，鉆機(2)能夠在所 述進(jìn)給桿(3)上來回運動，其中，控制單元(6)設(shè)置成用于設(shè)定用于所述鉆鑿裝置的參數(shù)， 并且，所述設(shè)備包括用于存儲多種操作模式(Ml-M6)的存儲器裝置(14)，由此每一種操作 模式(Ml-M6)包括針對于所述鉆鑿裝置的不同操作參數(shù)的具體操作設(shè)定值，其特征在于-每一種操作模式(Ml-M6)是能夠選擇的，使得所述鉆鑿裝置的操作與要在其中執(zhí)行 鉆探的特定類型的巖石相關(guān)，并且-每一種操作模式(Ml-M6)包括適應(yīng)于主導(dǎo)類型的巖石的操作設(shè)定值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述操作參數(shù)是選自以下參數(shù)組的多 個參數(shù)進(jìn)給馬達(dá)壓力、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)壓力、旋轉(zhuǎn)速度、沖擊壓力、沖擊流體流、進(jìn)給馬達(dá)流量、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)流量、沖刷流體流、阻尼壓力控制級別。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)啟動操作模式 (Ml-M6)時，用于所述鉆鑿裝置的鉆探控制功能的值得以設(shè)定。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的設(shè)備，其特征在于，所述鉆探控制功能是選自以 下功能組中的一種或多種功能增壓、孔沖刷、進(jìn)給的壓力控制、進(jìn)給的流量控制、抗阻塞功 能、阻尼控制功能、超旋轉(zhuǎn)、沖擊壓力的進(jìn)給速度控制。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求12至15中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制模式與以 下組中的任一項相關(guān)軟性巖石、中等硬度巖石、硬性巖石、松散巖石、磨蝕性巖石、含礦巖 石。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求12至16中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于 選擇出以下組中的任一種巖石狀況的輸入設(shè)備軟性巖石、中等硬度巖石、硬性巖石、松散 巖石、磨蝕性巖石、含礦巖石。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求12至17中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于輸入數(shù)據(jù)的至少一個輸入設(shè)備，所述數(shù)據(jù)與以下參數(shù)組中的任一個參數(shù)相關(guān)鉆頭尺寸、鉆桿尺寸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中鉆頭尺寸是能夠選擇的，其特征在于具有用于改變作為鉆頭尺寸的函數(shù)的、以下參數(shù)中的一個或多個參數(shù)的裝置沖刷流、旋轉(zhuǎn)速度、進(jìn)給壓力、沖擊壓力、進(jìn)給力-旋轉(zhuǎn)扭矩的關(guān)系比率、用于起動抗阻塞功能的起始點。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18和19中任一項所述的設(shè)備，其中，鉆桿尺寸是能夠選擇的，其特征在于具有用于改變作為鉆桿尺寸的函數(shù)的、以下參數(shù)中的一個或多個參數(shù)的裝置沖擊壓力、進(jìn)給馬達(dá)壓力。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12至20中任一項所述的設(shè)備，其特征在于具有由授權(quán)的操作員執(zhí)行 的、用于對操作參數(shù)設(shè)定值的進(jìn)行輸入調(diào)整的輸入裝置。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于具有用于在預(yù)定范圍內(nèi)進(jìn)行建議性調(diào)整 的裝置。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的設(shè)備，其特征在于具有用于向所述操作員給出建議性 參數(shù)范圍內(nèi)的建議性設(shè)定值的指示的裝置。
24. —種鉆鑿裝置，所述鉆鑿裝置包括根據(jù)前述權(quán)利要求12至23中任一項所述的設(shè)備。
全文摘要
一種用于控制鉆鑿裝置(1)的方法和設(shè)備，所述鉆鑿裝置(1)包括具有至少一個進(jìn)給桿(3)的運載車輛，鉆機(2)能夠在所述進(jìn)給桿(3)上來回運動，其中，鑿進(jìn)參數(shù)由控制單元(6)設(shè)定，并且，多種操作模式(M1-M6)中的每一種包括針對于所述鉆鑿裝置的不同操作參數(shù)的具體操作設(shè)定值。每一種操作模式(M1-M6)是能夠選擇的，使得所述鉆鑿裝置的操作與要在其中執(zhí)行鉆探的巖石的特定類型相關(guān)，并且每一種操作模式(M1-M6)包括適應(yīng)于巖石主導(dǎo)類型的操作設(shè)定值。本發(fā)明還涉及一種鉆鑿裝置。
文檔編號E21B44/00GK101765694SQ200780053550
公開日2010年6月30日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者喬納斯·辛納斯塔德, 焦德義, 鄭雨蒼, 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(shè)備有限公司;阿特拉斯·科普柯鉆探溶液有限公司