CN101512102A - 用于钻凿岩石的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于钻凿岩石的方法,其中在钻凿前将要钻凿的孔(2到7;9a到11a)确定为一种钻凿图案,在该钻凿图案中,相对于要钻凿的岩石,为每个孔(2到7;9a到11a)确定用于钻凿的起始位置、方向和孔深。在本发明中,为所述要钻凿的孔(2到7;9a到11a)确定孔型特定的钻凿参数,并且在钻凿阶段期间,钻机基于具体的孔的孔型为每个要钻凿的孔(2到7;9a到11a)自动地选择钻凿参数。

Description

用于钻凿岩石的方法
技术领域
本发明涉及一种用于钻凿岩石的方法,其中在钻凿前将要钻凿的孔确定为一种钻凿图案,在该钻凿图案中,相对于要钻凿的岩石为每个孔确定用于钻凿的起始位置、方向和孔深。
背景技术
目前的岩石钻凿一方面采用完全液压控制的钻机,而另一方面采用电液控制的凿岩机。在不同的钻凿情形中以及当钻凿不同的孔时,在液压钻机方面,钻凿工必须根据经验来设定不同的设置和可调节的钻凿参数。因此,最终的结果严重地取决于钻凿工的技能,并且仍没有特别明确地监控它的方式。而在电液钻机方面,通常使用两种钻凿模式,即正常钻凿和扩孔钻凿,在钻凿期间,钻凿工可在两种钻凿模式之间选择。在这些钻凿模式中,分别提供已经选定的钻凿参数设置,即已经为可选择和可调节的钻凿参数预先选择了特定值,钻凿工不能改变这些钻凿参数或者改变钻凿参数是费力又耗时的。而这意味着钻凿效率和钻凿速度低于通过钻机能实际达到的钻凿效率和钻凿速度,因而该效率低于实际可能的效率。在隧道钻孔和地面挖掘方面执行这种孔的钻凿。在隧道钻凿中和在地面钻凿中,不同的孔具有不同的需求,并且就最终结果而言,钻凿工的技能起着关键的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法,就拟实现的其它操作而言,该方法能够在不损失钻凿所需的精度以及足够质量的孔的情况下提高钻凿效率。
根据本发明的方法的特征在于,根据孔的用途将钻凿图案中提供的孔分组成若干孔型;为每个孔型的孔确定孔型特定的钻凿参数;以及在钻凿阶段期间,钻机基于具体孔的孔型为每个要钻凿的孔自动地选择钻凿参数。
本发明的基本构思是根据孔型来确定钻凿参数,使得为了不同用途而钻凿的孔设置有合适的钻凿参数,这些钻凿参数已经根据孔的用途进行选择并且这些钻凿参数能使孔的精度和其它特性尽可能的适宜。
本发明的优点在于钻凿设有较宽范围的调节可能性,从而还能够为更异常和更不寻常的钻凿情形独立地提供钻凿参数。本发明的另一优点在于以这种方式,因为对于特定的孔型而言,当精度需求较小时,钻臂也能以足够的精度更快地移动到起始位置,所以在钻凿期间能提高钻机的钻臂的控制速度。又一优点在于取决于通过孔设定的需求,可花费充足的时间量来打眼和钻凿实际的孔,这也利于和加速钻凿,并且相应地,低要求孔的打眼可更快地执行并且通过使用高钻凿功率,该打眼过程可更加快速地继续到实际的钻凿。
附图说明
将通过附图中的示例对本发明进行描述,在附图中:
图1到图6示意性显示了用于隧道钻孔的不同孔,以及
图7显示了用于地面钻凿的钻凿图案的示例。
具体实施方式
图1到图6通过示例示意性显示了隧道及其钻凿中使用的钻孔的横截面1,该横截面1通常都显示为包括不同孔的单一钻凿图案,所述孔对不同的用途来说是必须的并且所述孔在必要的特性方面不同。
图1显示了由附图标记2指示的轮廓孔(contour hole)。这些轮廓孔是要被钻凿成隧道的墙和顶以确定隧道轮廓的孔。由于它们确定隧道的形状和尺寸,所以这些孔非常重要。同时,这些孔的精度确定如何能在不挖掘过多不必要的岩石的情况下执行精确的挖掘。
图2显示了由附图标记3指示的区域孔或辅助孔。对于这些孔,恰当的深度是必须的。对于恰当深度的精确需求取决于所使用的爆破技术。最重要的是孔的最终点的恰当定位;这允许孔的初始端稍稍偏离确定的孔。
图3显示了由附图标记4指示的底部水平炮眼孔(lifter hole)。因为这些孔用于确定隧道基底的高度和形状,所以它们与轮廓孔相似。这些孔也必须在定位和方向以及深度方面精确和恰当地设置。这些孔的错误定位或方向也可能导致许多不必要的挖掘。
图4显示了由附图标记5指示的掏槽孔(cut hole)。首先对这些掏槽孔进行爆破以在岩石中产生足够的空间,用于与其它孔的爆破相结合来进行岩石材料的移除和膨胀。对于这些孔的精度需求非常高,并且不管起始条件如何,必须在精确的预期位置对孔进行钻凿,因此对于这些孔,特别是打眼阶段必须非常仔细和精确地执行。
图5显示了由附图标记6指示的扩展孔(ream holes)。这些扩展孔用于将先前钻凿的起始孔的所谓导向孔扩大或放大到适合于爆破的尺寸。必要时,扩展孔可以不钻凿导向孔,在这种情况下,必须如关于起始孔那样以极端的精度来执行钻凿。
图6显示了由附图标记7指示的所谓套管孔。当最初的岩石非常软,因此有理由怀疑它的强度时,使用这些孔。在此情形中,绕隧道的轮廓钻凿若干长孔,然后利用混凝土或化学制品注入这些孔以环绕将要形成的隧道形成保护性和支撑性的结构。
此外,对于特殊用途来说,各种孔是必须的。这些孔包括研究孔、注入孔和锚固孔(bolting hole)。
研究孔的用途是沿实际挖掘和相关钻凿的前进方向分析岩石特性。
注入孔通常是用于加固岩石材料的20到30米长的孔。在钻凿之后,这些孔被所注入的混凝土填满,同时所注入的混凝土填充岩石中的空腔和裂缝并防止水进入隧道。
需要锚固孔来加固隧道。将这些孔基本垂直地钻凿到隧道的表面中,并且在钻凿之后,利用混凝土或树脂将变形的钢筋或钢丝绳结合到所述孔。此外存在各种膨胀锚固螺栓。
所有这些孔型具有独特的精度需求,这影响在钻凿中使用的钻凿参数的值。
图7显示了在地面钻凿中使用的钻凿图案的示例。它通过示例显示了所挖掘岩石的边缘8,例如,先前挖掘阶段在该边缘8处终止。例如,近似沿边缘8的方向离开边缘8,计划对孔行9到11进行钻凿以进一步挖掘岩石。考虑到例如所需的挖掘精度、爆破不同孔的起爆等,可根据需要为每个孔行9到11或者甚至每个孔9a到11a设置确定的钻凿参数。特别地,如果上一孔行打算接着挖掘后留下的最终岩石表面,则当设定钻凿参数时必须考虑它的钻凿参数和孔定位的精度。
钻凿包括各种不同的部分和阶段。对于这些部分和阶段中的每一个,当必要时甚至可为每个孔选择不同的钻凿参数。这些部分或阶段包括定位钻臂、打眼、从打眼到实际钻凿的过渡、实际钻凿、钻凿期间的进给运动、冲洗、钻凿后的返回运动等。
对于每个孔,当钻机处于能够进行钻凿的位置时,钻凿阶段可从定位钻臂开始,根据位置和孔型,这可能需要例如在彼此相对地移动钻臂的部分和进给梁时,仔细控制和非常缓慢的移动速率,以便实现预期的精度。而在其它孔的钻凿中,当精度需求明显较低时,又可使用较高的移动速率。
在钻凿的不同阶段的控制中,能够根据情形使用各种不同的钻凿参数。在打眼中,例如可将起始时间和/或长度用作钻凿参数。当从打眼继续前进到实际钻凿时,在此过渡阶段中可使用所谓的坡道,即从打眼值到实际钻凿值的阶跃过渡或无阶跃过渡。然后,例如可将冲击功率与进给压力和/或速度之间的比率用作钻凿参数。实际钻凿中使用的一些最普遍的钻凿参数是冲击装置的冲击功率以及冲击装置的压力流体的进给压力、进给力或进给运动速率。冲洗介质的压力或流速也可用作钻凿参数。
各种可选的钻凿控制方法也可用作钻凿参数。这些控制方法包括基于保持恒定的旋转压力的力矩调节、基于进给-冲击压力比的调节、以恒定进给速率进行的钻凿等,所有这些本质上都是公知的。
此外为不同的钻凿情形提供不同的自动监控模式。这些包括当钻头有被卡住的趋势时运行的所谓的裂开自动化。在此情形中,裂开自动化减缓进给并且当必要时,使它回复到返回运动。这也可用作钻凿参数。类似地,冲洗介质流量监控可用作钻凿参数。所有钻凿参数都可以改变,并且当必要时甚至可逐孔地选择钻凿参数;因而,如果必要的话,例如坡道,即从打眼到实际钻凿的过渡阶段对于每个孔可以是不同的。
当钻凿已经达到结束时,必须将钻杆从孔中拔出。然后,例如,拔出速率和冲洗介质的流速可以是钻凿参数。
用于钻孔的钻凿参数可以以不同的方式来确定。在一实施例中,预先根据孔型来确定用于孔的钻凿参数,并将每个孔型的钻凿参数存储在钻机的存储器中。在此情形中,钻凿图案仅需确定每个孔的孔型,而当对孔进行钻凿时,钻机根据存储在其存储器中的该孔型的钻凿参数来对该孔进行钻凿。在另一实施例中,每个孔型或孔的钻凿参数已经在钻凿图案中被确定,从而钻机根据由该钻凿图案提供的孔型特定钻凿参数来对孔进行钻凿。
钻孔及其钻凿参数也可基于其它理由,例如根据不同的情形来确定。在此情形中,可例如根据钻凿地点、钻凿设备、甚至执行钻凿工作的钻凿工等来为孔确定钻凿参数。此外,钻凿参数可根据两个或多个方面的组合来确定。构思是在隧道钻孔中和在地面钻凿中都根据钻凿条件来选择用于钻孔的钻凿参数。
除了隧道钻孔之外,本发明可应用于挣脱(break loose)岩石或其它材料的地面钻凿。由此,对于不同孔的需求设定以及必要的钻凿参数可与在隧道钻孔中使用的不同。当然,重要的是:为拟为特定用途而进行钻凿的孔设置根据对具体孔的需求设定而为该孔确定的钻凿参数,并且通过使用这些参数来获得尽可能适宜的结果。
附图和相关描述仅意欲说明本发明的构思。在本发明的细节方面,本发明可在权利要求的范围内改变。

Claims (17)

1.一种用于钻凿岩石的方法,在所述方法中,在钻凿前将要钻凿的孔(2到7;9a到11a)确定为一种钻凿图案,在该钻凿图案中,相对于要钻凿的岩石,为每个孔(2到7;9a到11a)确定用于钻凿的起始位置、方向、和孔深,其特征在于:根据孔(2到7;9a到11a)的用途,将所述钻凿图案中提供的孔(2到7;9a到11a)分组成若干孔型;为每个孔型的孔(2到7;9a到11a)确定孔型特定的钻凿参数;以及在钻凿阶段期间,钻机基于具体的孔的孔型为每个要钻凿的孔(2到7;9a到11a)自动地选择钻凿参数。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:用于孔(2到7;9a到11a)的钻凿参数根据孔型来预先确定并且被存储在所述钻机的存储器中,所述钻凿图案确定每个孔(2到7;9a到11a)的孔型,并且当对孔(2到7;9a到11a)进行钻凿时,所述钻机基于正钻凿的孔的孔型并根据存储在其存储器中的孔型特定的钻凿参数来选择钻凿参数。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述孔型特定的钻凿参数已经在所述钻凿图案中被确定。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:在隧道钻孔中确定用于所述孔(2到7)的钻凿参数,以适合隧道挖掘。
5.如权利要求1到4中的任一项所述的方法,其特征在于:在地面钻凿中确定用于所述孔(9a到11a)的钻凿参数,以适合地面挖掘。
6.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将孔(2到7;9a到11a)的精度等级用作一个钻凿参数。
7.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将钻凿的起始时间和/或起始长度用作一个钻凿参数。
8.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将最大许可冲击功率用作一个钻凿参数。
9.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将进给速率用作一个钻凿参数。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将进给力用作一个钻凿参数。
11.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将旋转速率用作一个钻凿参数。
12.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将可选的钻凿控制方法用作一个钻凿参数。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于:作为一种钻凿控制方法,使用坡道钻凿,在坡道钻凿中,首先以低功率和低速率执行预定时间或预定孔深的打眼,然后通过将钻凿功率以预定比率增加达预定时间直至达到确定用于正常钻凿的值,进行经由坡道阶段到正常钻凿的过渡;并且将所述坡道阶段的持续时间用作一个钻凿参数。
14.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:除了对孔(2到7;9a到11a)进行钻凿之外,钻凿阶段包括将所述钻机的钻臂定位到由要钻凿的孔(2到7;9a到11a)所需的钻凿位置中;并且在所述钻臂的定位期间,将所述钻臂的不同部件的运动速率或运动时间用作钻凿参数。
15.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将冲洗介质的流速用作一个钻凿参数。
16.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:将冲洗介质的压力用作一个钻凿参数。
17.如前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于:除了对孔(2到7;9a到11a)进行钻凿之外,钻凿阶段包括将钻杆从孔(2到7;9a到11a)中拔出;并且在所述钻杆的拔出期间,将拔出速率和冲洗介质的流速用作钻凿参数。
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