專利名稱：根據(jù)所測(cè)進(jìn)給率確定的應(yīng)力水平控制沖擊鉆探的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種與鉆巖裝置相關(guān)的方法，其中鉆巖裝置包含一個(gè)設(shè)置有撞擊裝置的鉆巖機(jī)，一個(gè)進(jìn)給裝置和一個(gè)工具，工具端包含一個(gè)用來破碎巖石的鉆頭，工具設(shè)置成用來把撞擊裝置產(chǎn)生的沖擊能以壓應(yīng)力波的形式傳遞到鉆頭，而進(jìn)給裝置則用來把工具和鉆頭推向被鉆巖石，從而在鉆進(jìn)時(shí)，至少部分作用在工具上的由撞擊裝置產(chǎn)生的壓應(yīng)力波從被鉆巖石反射回來以張應(yīng)力的形式作用在工具上。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及到一種與鉆巖裝置相關(guān)的設(shè)備，其中鉆巖裝置包含一個(gè)設(shè)置有撞擊裝置的鉆巖機(jī)，一個(gè)進(jìn)給裝置和一個(gè)工具，工具端包含一個(gè)用來破碎巖石的鉆頭，工具設(shè)置成用來把撞擊裝置產(chǎn)生的沖擊能以壓應(yīng)力波的形式傳遞到鉆頭，而進(jìn)給裝置則用來把工具和鉆頭推向被鉆巖石，從而在鉆進(jìn)時(shí)，至少部分作用在工具上的由撞擊裝置產(chǎn)生的壓應(yīng)力波從被鉆巖石反射回來以張應(yīng)力的形式作用在工具上。
背景技術(shù)：
鉆巖機(jī)用來例如在地下礦井、露天采石場(chǎng)中和地面建筑工地中進(jìn)行巖石鉆進(jìn)和挖掘。已知的巖石鉆進(jìn)和挖掘方法包括切割、破碎和撞擊等方法。撞擊方法最常用于堅(jiān)硬的巖石類型。在撞擊方法中，鉆機(jī)的工具既旋轉(zhuǎn)又撞擊。然而，巖石的破碎主要受沖擊的影響。旋轉(zhuǎn)的主要功能是確保工具外端的鉆頭的按鈕(button)或其它工作部件能夠一直撞擊巖石中的新區(qū)域。鉆巖機(jī)通常包含一個(gè)液壓操作的撞擊裝置，它的撞擊活塞為工具提供必需的壓應(yīng)力波，和一個(gè)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，其與撞擊裝置是分離的。在撞擊方法中，巖石的充分破碎需要鉆頭在沖擊時(shí)刻可以頂在巖石表面。撞擊裝置撞擊的沖擊能在工具中產(chǎn)生壓應(yīng)力波，它從工具傳遞到安置在工具一端的鉆頭上并進(jìn)一步傳遞到巖石上。通常，在所有的鉆進(jìn)情況中，部分壓應(yīng)力波是作為張應(yīng)力反射回工具。如果巖石很軟并且?guī)r石/鉆頭的接觸很差，則從巖石反射回來的波的張應(yīng)力水平很高。如果以過高的沖擊能連續(xù)鉆入軟巖，通常會(huì)導(dǎo)致鉆桿之間的螺紋接頭被磨損和/或鉆進(jìn)工具的過早疲勞破壞。
通常，目前使用的進(jìn)行鉆進(jìn)控制的方法，即所謂的進(jìn)給-沖擊-跟蹤-控制的方法，不能防止以過高的沖擊能鉆入軟巖。在進(jìn)給-沖擊-跟蹤-控制方法中，沖擊壓力是基于鉆機(jī)的進(jìn)給進(jìn)行控制的。在巖石鉆進(jìn)時(shí)，沖擊壓力和進(jìn)給壓力的相互依賴關(guān)系在例如美國專利5,778,990中提出。鉆軟巖時(shí)，進(jìn)給壓力保持固定值。僅僅在速率極限超過鉆機(jī)進(jìn)給的設(shè)定值時(shí)，進(jìn)給壓力才會(huì)降低，并且沖擊壓力也會(huì)之降低。然而，在一種情況下，例如，當(dāng)進(jìn)給-沖擊-跟蹤-控制方法用來鉆進(jìn)從硬到軟的巖石時(shí)，鉆進(jìn)的穿透率會(huì)上升。實(shí)際上，不可能把進(jìn)給的速率極限設(shè)定的足夠精確以滿足不同巖石類型的穿透率，從而以一種想要的方式給定進(jìn)給-沖擊-跟蹤-控制的速率極限以限制進(jìn)給壓力。因?yàn)殂@進(jìn)的穿透率保持低于設(shè)置的進(jìn)給速率控制極限，因此進(jìn)給壓力和從而導(dǎo)致的沖擊壓力保持在原始水平，這會(huì)導(dǎo)致在工具中產(chǎn)生很高的張應(yīng)力。一般說來，速率極限是不變的，它被設(shè)置的很高以至于它不能探測(cè)巖石類型的變化，僅僅能探測(cè)鉆入空處的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)節(jié)鉆機(jī)沖擊能的新穎技術(shù)方案。
本發(fā)明方法的特征在于根據(jù)被鉆巖石反射回工具的張應(yīng)力水平來調(diào)節(jié)撞擊裝置的沖擊能。
本發(fā)明設(shè)備的特征在于撞擊裝置的沖擊能可以根據(jù)被鉆巖石反射回工具的張應(yīng)力水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的基本思想是，在鉆巖裝置中撞擊裝置的沖擊能可以根據(jù)被鉆巖石反射回工具的張應(yīng)力水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中該裝置包含一個(gè)提供有撞擊裝置的鉆巖機(jī)，一個(gè)進(jìn)給裝置和一個(gè)工具，工具端包含一個(gè)用來破碎巖石的鉆頭，工具設(shè)置成用來把撞擊裝置產(chǎn)生的沖擊能以壓應(yīng)力波的形式傳遞到鉆頭，而進(jìn)給裝置則用來把工具和鉆頭推向被鉆巖石，從而在鉆進(jìn)時(shí)，至少部分作用在工具上的由撞擊裝置產(chǎn)生的壓應(yīng)力波從被鉆巖石反射回來以張應(yīng)力的形式作用在工具上。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，被鉆巖石反射回工具的張應(yīng)力水平根據(jù)鉆進(jìn)穿透率和張應(yīng)力水平的相互依賴關(guān)系進(jìn)行確定。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，鉆進(jìn)穿透率和張應(yīng)力水平的相互依賴關(guān)系用來確定用于撞擊裝置的沖擊壓力，鉆巖機(jī)的工具所能承受的最高允許的張應(yīng)力水平，再根據(jù)所用的沖擊壓力和最高允許的張應(yīng)力水平來確定最高允許的鉆進(jìn)穿透率，并確定實(shí)際的鉆進(jìn)穿透率，對(duì)比實(shí)際的鉆進(jìn)穿透率和最高允許的鉆進(jìn)穿透率，如果實(shí)際鉆進(jìn)穿透率超過最高允許的鉆進(jìn)穿透率，則調(diào)節(jié)鉆巖機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣撞擊裝置的沖擊能降低到一種實(shí)際穿透率最多等于最高允許的鉆進(jìn)穿透率的水平，從而鉆巖機(jī)的工具所承受的張應(yīng)力水平保持低于設(shè)定的最高允許張應(yīng)力水平。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是有可能用一種簡單的方式來直接影響鉆進(jìn)工具的荷載并從而影響工具的壽命，并且有可能調(diào)節(jié)沖擊能以適合各種的巖石類型。方案的執(zhí)行只需要測(cè)量鉆進(jìn)穿透率，而不需要其它測(cè)量。鉆進(jìn)的可控制性被顯著地改進(jìn)了，因?yàn)槿绻M(jìn)給壓力沒有變化，進(jìn)給-沖擊-跟蹤-控制方法根本沒有反應(yīng)。此外，本技術(shù)方案可以以一定的精度給出此刻巖石硬度的信息。
接下來，除了巖石硬度，本文檔將使用另一個(gè)參數(shù)巖石穿透阻力。根據(jù)定義，巖石的穿透阻力描述鉆頭或刀具穿透和阻止力之間的關(guān)系，阻力主要依賴于巖石硬度和鉆頭或刀具的幾何形狀。因此，穿透阻力既考慮特定的鉆頭或刀具的特征又考慮巖石硬度。


接下來，本發(fā)明將結(jié)合附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中圖1是鉆巖裝置的示意性側(cè)視圖，其中應(yīng)用了本發(fā)明的技術(shù)方案；圖2示意性的顯示了鉆巖機(jī)單次撞擊不同穿透阻力的巖石產(chǎn)生的張應(yīng)力；圖3示意性的顯示了鉆巖機(jī)單次撞擊或單次沖擊不同穿透阻力的巖石產(chǎn)生的鉆頭按鈕的穿透；圖4示意性的顯示了鉆巖機(jī)中的撞擊裝置的沖擊速率和沖擊壓力的相互關(guān)系；圖5示意性的顯示了鉆巖機(jī)中的撞擊裝置的沖擊頻率和沖擊壓力的相互關(guān)系；和圖6示意性的顯示了在不同的張應(yīng)力水平下鉆進(jìn)工具的最高允許穿透率。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了鉆巖裝置1的示意圖和高度簡化的側(cè)視圖，在其中應(yīng)用了本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1的鉆巖裝置1包含一個(gè)吊桿2，它的一端是進(jìn)給梁3，該梁包含一個(gè)鉆巖機(jī)6，它包括一個(gè)撞擊裝置4和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置5。轉(zhuǎn)動(dòng)裝置5把連續(xù)的旋轉(zhuǎn)力傳遞到工具7，在該力的作用下連接在工具7上的鉆頭8在一次沖擊后會(huì)改變位置，并在后續(xù)的沖擊中撞擊巖石中的新區(qū)域。傳統(tǒng)上，撞擊裝置4包含一個(gè)受壓縮介質(zhì)的影響而運(yùn)動(dòng)的撞擊活塞，其中撞擊活塞可以撞擊工具7的后端或安置在工具7和撞擊裝置4之間的柄。當(dāng)然，撞擊裝置4的結(jié)構(gòu)也可以是其它類型。例如，有可能在電磁方式的基礎(chǔ)上產(chǎn)生沖擊脈沖。基于這種性質(zhì)的撞擊裝置在這里也可以被看作是撞擊裝置。工具7的后端連接著鉆巖機(jī)6并且工具7的一端或外端包含一個(gè)用來破碎巖石的固定的或可拆離的鉆頭8。在鉆進(jìn)過程中，鉆頭8被進(jìn)給裝置9推向巖石。進(jìn)給裝置9被安置在進(jìn)給梁3上，鉆巖機(jī)6可移動(dòng)的與其連接在一起。典型地，鉆頭8是一個(gè)所謂的具有鉆頭按鈕8a的鉆頭，但是其它的鉆頭結(jié)構(gòu)也是可能的。當(dāng)鉆深孔時(shí)，也就是在所謂的接桿鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿10a到10c被安裝在鉆頭8和鉆機(jī)6之間，它們的數(shù)量依賴于被鉆孔的深度并且構(gòu)成了工具7。
在圖1中，與鉆巖機(jī)6的結(jié)構(gòu)相比，所示的鉆巖裝置1顯著的小于它的實(shí)際尺寸。為了清晰，圖1的鉆巖裝置1僅僅包含一個(gè)吊桿2、進(jìn)給梁3、鉆巖機(jī)6和進(jìn)給裝置9，但是很明顯鉆巖裝置典型地提供有一組吊桿2和一組提供在鉆巖機(jī)6上的進(jìn)給梁3，并且進(jìn)給裝置9被安置在每個(gè)吊桿2的一端。另外，很明顯通常的鉆巖機(jī)6也包含一個(gè)為了防止堵塞鉆頭8的沖洗裝置，但是為了清晰，沖洗裝置在圖1中省略了。
由撞擊裝置4產(chǎn)生的沖擊能通過鉆桿10a-10c以壓應(yīng)力波的形式傳遞到鉆桿10c最外端的鉆頭8上。當(dāng)壓應(yīng)力波到達(dá)鉆頭8，鉆頭8和其中的鉆頭按鈕8a撞擊被鉆的物質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓應(yīng)力，通過這些影響在被鉆巖石中形成裂隙。與巖石硬度相比，如果撞擊裝置4的沖擊能過高，就會(huì)出現(xiàn)問題，即鉆進(jìn)工具中的張應(yīng)力水平變得無必要的高。如果以過高的沖擊能連續(xù)鉆入軟巖中，通常會(huì)使得鉆桿10a-10c之間的螺紋接頭磨損和/或鉆進(jìn)工具的過早疲勞破壞。
用來調(diào)節(jié)沖擊能的本發(fā)明技術(shù)方案是基于一個(gè)事實(shí)的，即有可能計(jì)算出每個(gè)鉆機(jī)/工具/鉆頭在不同的巖石穿透阻力下單次沖擊在工具7中產(chǎn)生的應(yīng)力水平。單次沖擊是一個(gè)速率vi為1米/秒的沖擊。圖2示意性的顯示了在不同的巖石穿透阻力K1下單次沖擊產(chǎn)生的單次張應(yīng)力σv1，穿透阻力在K1＝10-1000千牛/毫米的范圍內(nèi)變化。對(duì)于一種鉆頭類型，軟巖的巖石穿透阻力是K1＝10千牛/毫米，相應(yīng)地，對(duì)于一種鉆頭類型，硬巖的巖石穿透阻力是K1＝1000千牛/毫米。圖2的水平軸代表巖石穿透阻力K1，垂直軸代表反射的單次張應(yīng)力σv1。
在速率v1下的沖擊在工具中產(chǎn)生的張應(yīng)力水平
σv＝viσv1， (1)其中σv1是對(duì)應(yīng)于如圖2所示的給定巖石穿透阻力K1下的單次沖擊的張應(yīng)力。因此，在速率vi＝9.5米/秒下對(duì)巖石的沖擊，巖石的穿透阻力為K1＝300千牛/毫米，根據(jù)公式(1)，在工具中產(chǎn)生的張應(yīng)力σv＝9.5*12＝114MPa。相應(yīng)地，相同的沖擊使得鉆頭8的鉆頭按鈕8a根據(jù)下面的值進(jìn)行穿透un＝viun1， (2)其中un1是鉆頭按鈕8a在給定的穿透阻力K1下單次沖擊的穿透，如圖3所示。例如，在速率vi＝9.5米/秒下對(duì)巖石的沖擊，巖石的穿透阻力為K1＝300干牛/毫米，產(chǎn)生的按鈕穿透un＝9.5*0.125＝1.19毫米。
鉆進(jìn)的凈穿透率NPR可以通過以下公式估算NPR＝αf(un)β， (3)其中f是沖擊頻率，α和β是常數(shù)代表鉆頭按鈕的穿透和整個(gè)鉆頭之間的關(guān)系。常數(shù)α和β依賴于被鉆孔的直徑和鉆頭的幾何形狀，它們可以在鉆頭最外端按鈕直徑、鉆頭直徑和最外端按鈕數(shù)量的基礎(chǔ)上以充分的精度來定義。另外，有可能為每個(gè)鉆機(jī)確定特征曲線，該曲線描述沖擊速率vi和沖擊頻率f如何依賴沖擊壓力。在鉆進(jìn)過程中，沖擊頻率f可以從例如鉆機(jī)的壓縮介質(zhì)脈沖中測(cè)量。圖4示意性的顯示了撞擊裝置沖擊速率vi和沖擊壓力的相互關(guān)系，水平軸的沖擊壓力以巴給出，而在垂直軸上，撞擊裝置4撞擊活塞的沖擊速率以米/秒給出。圖5依次示意性顯示了沖擊頻率f和沖擊壓力的相互關(guān)系，水平軸的沖擊壓力以巴給出，而垂直軸的撞擊裝置4撞擊活塞的沖擊頻率以赫茲給出。
沖擊能調(diào)節(jié)所需的調(diào)節(jié)曲線可以通過下面的方式得到1.設(shè)定最高允許的張應(yīng)力水平σvmax。
2.根據(jù)每次沖擊壓力確定沖擊速率vi和沖擊頻率f。
3.根據(jù)公式(1)和圖2的曲線，從上面第2點(diǎn)得到的沖擊速率vi以及最低允許的穿透阻力K1min，找出張應(yīng)力，它使得張應(yīng)力保持低于最高允許的值σvmax。
4.通過公式(2)和圖3的曲線可以得出對(duì)應(yīng)于最低允許巖石穿透阻力K1min的最高允許的按鈕穿透值unmax。
5.當(dāng)常數(shù)α和β和沖擊頻率f和最高的允許按鈕穿透值unmax已知時(shí)，最高允許的穿透率NPRmax可以從公式(3)得出。在這種方式中，有可能確定出在設(shè)置的張應(yīng)力水平下的穿透率曲線，把最高允許的穿透率NPRmax描述為沖擊壓力的函數(shù)。
6.如果在鉆進(jìn)過程中，最高允許的穿透率NPRmax過高，最高允許的張應(yīng)力水平σvmax也會(huì)過高。因此，沖擊壓力應(yīng)該降低以降低張應(yīng)力。
如果鉆機(jī)被用在撞擊裝置4的撞擊活塞的沖程長度可以改變的情況，沖擊速率vi可以被降低，例如通過調(diào)節(jié)沖程長度，從而沖擊頻率相應(yīng)地增加了。沖擊能量保持不變，但是沖擊能降低到允許的水平。調(diào)節(jié)曲線稍有不同，因?yàn)橐紤]沖擊頻率f的變化。
實(shí)例在圖6中以連續(xù)線示意性的顯示了在不同張應(yīng)力水平σv下一個(gè)鉆進(jìn)工具中的最高允許穿透率NPRmax。虛線是輔助線，描述被鉆巖石的穿透阻力K1，它可以幫助理解被鉆巖石不同的穿透阻力K1和不同的沖擊壓力下的穿透率NPR。最初，鉆進(jìn)發(fā)生在操作點(diǎn)A，該處的沖擊壓力為220巴，巖石的穿透阻力為大約300千牛/毫米。由鉆機(jī)操作者設(shè)置的最高允許張應(yīng)力水平σvmax為140MPa。在操作點(diǎn)A處的鉆進(jìn)穿透率為3.1米/分鐘，因此穿透率低于按照所述沖擊壓力的最高允許穿透率NPRmax＝3.5米/分鐘。在鉆進(jìn)時(shí)，巖石突然變軟，穿透阻力K1＝200千牛/毫米，是指圖6中的操作點(diǎn)B，這里的穿透率為3.9米/分鐘，也就是穿透率高于所述沖擊壓力下的允許穿透率。據(jù)此的調(diào)節(jié)方案降低沖擊壓力一直到達(dá)操作點(diǎn)C，該處的沖擊壓力為175巴，而穿透率為3.3米/分鐘，這是在所述沖擊壓力下在所述硬度的被鉆材料中允許的最高穿透率。
本發(fā)明方案使得以一種簡單的方式影響鉆進(jìn)工具的荷載并從而影響工具的壽命成為可能。有可能精確地調(diào)節(jié)沖擊能以適合各種巖石類型。方案的執(zhí)行僅需要測(cè)量鉆進(jìn)穿透率，而不需要其它測(cè)量。本方案顯著地提高了鉆進(jìn)的可控制性，因?yàn)椋绻M(jìn)給應(yīng)力沒有變化，進(jìn)給-沖擊-跟蹤-控制的方法根本沒有反應(yīng)。此外，本技術(shù)方案可以以一定的精度給出此刻巖石硬度的信息。另外，如果鉆機(jī)提供有可調(diào)節(jié)的沖程長度，它有可能代替沖擊壓力來調(diào)節(jié)沖擊頻率和沖擊率以適合巖石硬度，這樣沖擊能降低但是沖擊力基本保持不變。
鉆機(jī)的穿透率NPR是通過連接在鉆機(jī)6上的測(cè)量裝置11進(jìn)行測(cè)量的。測(cè)量裝置11可以直接測(cè)量進(jìn)給梁3上的鉆機(jī)6的伸展速率，或者它可以測(cè)量進(jìn)給梁3上的鉆機(jī)6的移動(dòng)，從而通過所進(jìn)行的移動(dòng)和所使用的時(shí)間確定出鉆進(jìn)穿透率。測(cè)量裝置11的測(cè)量信息被傳遞到控制單元12，它的優(yōu)點(diǎn)在于是一個(gè)微處理器或基于信號(hào)處理的數(shù)據(jù)處理和控制裝置，它可以在測(cè)量裝置11提供的測(cè)量信號(hào)和操作者設(shè)定的默認(rèn)值的基礎(chǔ)上確定提供給泵13的控制信號(hào)14。由操作者設(shè)定的默認(rèn)值包括開始鉆進(jìn)時(shí)撞擊裝置4的沖擊壓力HP和鉆進(jìn)時(shí)的最高允許張應(yīng)力水平σvmax。在這兩個(gè)初始值的基礎(chǔ)上，控制單元12可以根據(jù)上述的方式來確定最高允許的穿透率NPRmax，由測(cè)量裝置11測(cè)量的穿透率要與之對(duì)比。如果測(cè)量的穿透率超過最高允許的穿透率NPRmax，撞擊裝置4的沖擊壓力要被降低。泵13穿過壓縮通道15沿箭頭A的方向把壓縮流體泵入撞擊裝置4以產(chǎn)生撞擊活塞的一個(gè)沖程。在撞擊活塞的反向沖程中，壓縮流體穿過回流通道16沿箭頭B流回容器17。為了清晰，圖1僅僅示意性的顯示了撞擊裝置的結(jié)構(gòu)，例如可以使用一個(gè)或多個(gè)控制閥以熟知的方式來控制撞擊裝置，但在圖1中被省略了。
附圖和相關(guān)的描述僅僅是想要例證一個(gè)發(fā)明的觀點(diǎn)。發(fā)明的細(xì)節(jié)可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。因此，代替液壓操作，鉆機(jī)也可以是氣壓的或電子操作的鉆機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種與鉆巖裝置相關(guān)的方法，其中鉆巖裝置(1)包含一個(gè)設(shè)置有撞擊裝置(4)的鉆巖機(jī)(6)，一個(gè)進(jìn)給裝置(9)和一個(gè)工具(7)，工具(7)端包含一個(gè)用來破碎巖石的鉆頭(8)，工具(7)設(shè)置成用來把撞擊裝置(4)產(chǎn)生的沖擊能以壓應(yīng)力波的形式傳遞到鉆頭(8)，而進(jìn)給裝置(9)則用來把工具(7)和鉆頭(8)推向被鉆巖石，從而在鉆進(jìn)時(shí)，至少部分作用在工具(7)上的由撞擊裝置(4)產(chǎn)生的壓應(yīng)力波從被鉆巖石反射回來以張應(yīng)力的形式作用在工具(7)上，特征在于根據(jù)被鉆巖石反射回工具(7)的張應(yīng)力(σv)水平來調(diào)節(jié)撞擊裝置(4)的沖擊能。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于根據(jù)鉆進(jìn)穿透率(NPR)和張應(yīng)力(σv)水平的相互關(guān)系來確定被鉆巖石反射回工具(7)的張應(yīng)力(σv)水平。
3.一種如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于通過設(shè)定用于撞擊裝置(4)的沖擊壓力，設(shè)定鉆巖機(jī)(6)的工具(7)所承受的最高允許的張應(yīng)力水平(σvmax)，根據(jù)所用的沖擊壓力和最高允許的張應(yīng)力水平(σvmax)確定鉆進(jìn)的最高允許穿透率(NPRmax)，確定實(shí)際的鉆進(jìn)穿透率(NPR)，比較實(shí)際的鉆進(jìn)穿透率(NPR)和最高允許的穿透率(NPRmax)，并且如果實(shí)際穿透率(NPR)超過最高允許的鉆進(jìn)穿透率(NPRmax)，則調(diào)節(jié)鉆巖機(jī)(6)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣撞擊裝置(4)的沖擊能降低到一種實(shí)際穿透率(NPR)最多等于最高允許的鉆進(jìn)穿透率(NPRmax)的水平，從而鉆巖機(jī)(6)的工具(7)所承受的張應(yīng)力水平保持低于設(shè)定的最高允許張應(yīng)力(σvmax)水平。
4.一種如上述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，特征在于通過測(cè)量進(jìn)給梁(3)上的鉆巖機(jī)(6)的進(jìn)給率來確定鉆進(jìn)的實(shí)際穿透率(NPR)。
5.一種如上述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，特征在于通過改變撞擊裝置(4)的沖擊壓力來調(diào)節(jié)撞擊裝置(4)的沖擊能。
6.一種如權(quán)利要求1-4中任何一個(gè)所述的方法，特征在于撞擊裝置(4)的撞擊活塞的沖程長度是可調(diào)節(jié)的，因而撞擊裝置(4)的沖擊能可以通過改變撞擊裝置(4)的撞擊活塞的沖程長度來調(diào)節(jié)。
7.一種與鉆巖裝置相關(guān)的設(shè)備，其中鉆巖裝置(1)包含一個(gè)提供有撞擊裝置(4)的鉆巖機(jī)(6)，一個(gè)進(jìn)給裝置(9)和一個(gè)工具(7)，工具(7)端包含一個(gè)用來破碎巖石的鉆頭(8)，工具(7)設(shè)置成用來把撞擊裝置(4)產(chǎn)生的沖擊能以壓應(yīng)力波的形式傳遞到鉆頭(8)，而進(jìn)給裝置(9)則用來把工具(7)和鉆頭(8)推向被鉆巖石，從而在鉆進(jìn)時(shí)，至少部分作用在工具(7)上的由撞擊裝置(4)產(chǎn)生的壓應(yīng)力波從被鉆巖石反射回來以張應(yīng)力的形式作用在工具(7)上，特征在于根據(jù)被鉆巖石反射回工具(7)的張應(yīng)力(σv)水平來調(diào)節(jié)撞擊裝置(4)的沖擊能。
8.一種如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，特征在于設(shè)備包含一個(gè)控制單元(12)，它被安置用來根據(jù)鉆進(jìn)穿透率(NPR)和張應(yīng)力(σv)水平的相互關(guān)系確定被鉆巖石反射回工具(7)的張應(yīng)力(σv)水平。
9.一種如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，特征在于控制單元(12)包含一些裝置用來設(shè)定用于撞擊裝置(4)的沖擊壓力，設(shè)定鉆巖機(jī)(6)的工具(7)所承受的最高允許的張應(yīng)力水平(σvmax)，根據(jù)所用的沖擊壓力和最高允許的張應(yīng)力水平(σvmax)確定鉆進(jìn)的最高允許穿透率(NPRmax)，確定實(shí)際的鉆進(jìn)穿透率(NPR)，比較實(shí)際的鉆進(jìn)穿透率(NPR)和最高允許的穿透率(NPRmax)，并且如果實(shí)際穿透率(NPR)超過最高允許的鉆進(jìn)穿透率(NPRmax)，則調(diào)節(jié)鉆巖機(jī)(6)的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣撞擊裝置(4)的沖擊能降低到一種實(shí)際穿透率(NPR)最多等于最高允許的鉆進(jìn)穿透率(NPRmax)的水平，從而鉆巖機(jī)(6)的工具(7)所承受的張應(yīng)力水平保持低于設(shè)定的最高允許張應(yīng)力(σvmax)水平。
10.一種如權(quán)利要求7-9任何一個(gè)所述的設(shè)備，特征在于包含一個(gè)測(cè)量裝置(11)，它被安置用來通過測(cè)量進(jìn)給梁(3)上的鉆巖機(jī)(6)的進(jìn)給率來確定實(shí)際的鉆進(jìn)穿透率(NPR)。
11.一種如權(quán)利要求7-10任何一個(gè)所述的設(shè)備，特征在于撞擊裝置(4)的沖擊能可以通過改變沖擊壓力來調(diào)節(jié)。
12.一種如權(quán)利要求7-10任何一個(gè)所述的設(shè)備，特征在于因?yàn)樽矒粞b置(4)的撞擊活塞的沖程長度是可調(diào)節(jié)的，因此撞擊裝置(4)的沖擊能可以通過改變撞擊活塞的沖程長度來調(diào)節(jié)。
全文摘要
鉆巖裝置(1)包含一個(gè)提供有撞擊裝置(4)的鉆巖機(jī)(6)，一個(gè)進(jìn)給裝置(9)和一個(gè)工具(7)，工具(7)端包含一個(gè)用來破碎巖石的鉆頭(8)。工具(7)設(shè)置成用來把撞擊裝置(4)產(chǎn)生的沖擊能以壓應(yīng)力波的形式傳遞到鉆頭。進(jìn)給裝置(9)用來把工具(7)和鉆頭(8)推向被鉆巖石，從而在鉆進(jìn)時(shí)，至少部分作用在工具(7)上的由撞擊裝置(4)產(chǎn)生的壓應(yīng)力波從被鉆巖石反射回來以張應(yīng)力的形式作用在工具(7)上，并且撞擊裝置(4)的沖擊能可以根據(jù)巖石反射回來的張應(yīng)力(σ
文檔編號(hào)E21B44/00GK1571878SQ02820652
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月18日
發(fā)明者馬爾庫·克斯金尼瓦 申請(qǐng)人:山特維克坦羅克有限公司