DE102019130538A1

DE102019130538A1 - Imloch-Bohrsteuersystem für mobile Bohrmaschinen

Info

Publication number: DE102019130538A1
Application number: DE102019130538.1A
Authority: DE
Inventors: Carl J. Moberg; Timo Diekmann; Ross L. Hoult; Rajesh R. Gunda; Gordon Mosher
Original assignee: Caterpillar Global Mining HMS GmbH; Caterpillar Global Mining Equipment LLC
Current assignee: Caterpillar Global Mining HMS GmbH; Caterpillar Global Mining Equipment LLC
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2020-05-14
Also published as: AU2019264522A1; US20200149383A1; ZA201907479B; AU2019264522B2

Abstract

Ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, wird offenbart. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: Empfangen von Eingabedaten von einer Benutzereingabe, die Informationen über den Bohrmeißel, das Bohrgestängegewicht und gewünschte Locheinstellungen beinhalten; Empfangen eines Befehls vom Benutzer, einen automatischen Lochzuführungsvorgang einzuleiten; Identifizieren einer Position des Imloch-Bohrmeißels; und unter Verwendung der empfangenen Eingabedaten und basierend auf der Position des Imloch-Bohrmeißels, automatisches Einleiten folgender Schritte: Ansetzen; Bohren des Loches; und Zurückziehen des Bohrers, wenn das Loch gebohrt ist.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen mobile Bohrmaschinen und, insbesondere, ein Imloch-Steuersystem für solche Maschinen.
Stand der Technik
Mobile Bohrmaschinen, wie Sprenglochbohrmaschinen, werden üblicherweise unter anderem zum Bohren von Sprenglöchern für Bergbau, Steinbruch, Dammbau und Straßenbau verwendet. Der Prozess zum Ausbaggern von Gestein oder anderem Material durch Sprenglochbohren umfasst die Verwendung der Sprenglochbohrmaschine zum Bohren einer Vielzahl von Löchern in das Gestein und Füllen der Löcher mit Sprengstoffen. Die Sprengstoffe werden gezündet, was bewirkt, dass das Gestein zusammenstürzt und Geröll des Zusammenbruchs anschließend entfernt und die neue Fläche, die sich bildet, verstärkt wird. Viele aktuelle Sprenglochbohrmaschinen nutzen Drehbohranlagen, die an einem Mast montiert sind, die Sprenglöcher mit einem Durchmesser von 6 Zoll (15,24 cm) bis 22 Zoll (55,88 cm) und Tiefen bis zu 180 Fuß (55 m) oder mehr bohren können.
Sprenglochbohrmaschinen können auch einen Imloch- (DTH)-Bohrmodus für das Bohren in hartes Gestein beinhalten. Im DTH-Bohrmodus kann einen Hammer-Bohrmeißel am Bohrgestänge für das Lochzuführungsbohren montiert sein. Der Hammer-Bohrmeißel kann ein Schlagwerk, wie z. B. einen Kolben, nutzen, der durch Luftdruck gesteuert wird, um den Bohrmeißel wiederholt für das „Hämmern“ in das Loch zu schlagen, wenn der Bohrmeißel in das Loch vorgeschoben wird. Lochzuführungsbohren kann ferner das Anwenden einer Niederzugskraft von einem hydraulischen Vorschubzylinder auf einen Drehkopf zum Steuern einer Vorschubrate des Bohrmeißels (angebracht an einem Bohrgestänge, das am Drehkopf montiert ist) in den Boden beinhalten. Daher kann der Hammer-Bohrmeißel eine axiale Kraft auf eine Bodenfläche des Loches ausüben, wenn sich der Bohrmeißel zum Erzeugen des Loches nach unten bewegt. Durch die Bodenfläche des Loches wird eine entgegengesetzte axiale Kraft oder eine Druckbelastungskraft auf den Bohrmeißel (und damit das Bohrgestänge) ausgeübt. Während des Imloch-Bohrvorgangs ist es wünschenswert, die Druckbelastungskraft auf den Bohrmeißel in einem Zielbereich aufrechtzuerhalten, während der Bohrmeißel sich das Loch bewegt. Beispielsweise kann der Bohrer oder das Bohrgestänge beschädigt werden, wenn eine zu große Druckbelastungskraft auf den Bohrmeißel ausgeübt wird und/oder die Kräfte können die Hammerbewegung des Bohrmeißels behindern. Daher kann es erforderlich sein, das Vorschieben des Bohrmeißels so einzustellen, dass die Druckbelastungskraft während des Bohrvorgangs im Zielbelastungskraftbereich aufrechterhalten wird.
US-PS 7,198,117 , erteilt für Uitto am 3. April 2007 („das '117 Patent“), beschreibt eine Gesteinsbohranordnung und ein Verfahren zur Steuerung des Gesteinsbohrens anhand spezifischer Energie. Das '117 Patent beschreibt eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Schlagvorrichtung, einer Drehvorrichtung und einer Vorschubvorrichtung der Gesteinsbohrmaschine basierend auf Sensordaten, sodass während des Bohrvorgangs minimale spezifische Energie verwendet wird. Die Steuervorrichtung des '117 Patents kann Bohrvariablen einstellen, wie z. B.: Schlagleistung, Stoßenergie, Stoßfrequenz, Vorschubleistung, Vorschubrate, Drehrate, Drehmoment, Spülströmung und Spüldruck, um spezifische Energie zu minimieren. Das '117 Patent offenbart jedoch keine Automatisierung des Imloch-Bohrprozesses aufgrund der Sensordaten.
Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können eines oder mehrere der vorstehend aufgeführten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik lösen. Der Umfang der aktuellen Offenbarung wird jedoch durch die beigefügten Ansprüche definiert, und nicht durch die Fähigkeit, irgendein spezifisches Problem zu lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt wird ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, offenbart. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: Empfangen von Eingabedaten von einer Benutzereingabe, die Informationen über den Bohrmeißel, das Bohrgestängegewicht und gewünschte Locheinstellungen beinhalten; Empfangen eines Befehls vom Benutzer, einen automatischen Lochzuführungsvorgang einzuleiten; Identifizieren einer Position des Imloch-Bohrmeißels; und unter Verwendung der empfangenen Eingabedaten und basierend auf der Position des Imloch-Bohrmeißels, automatisches Einleiten folgender Schritte: Ansetzen; Bohren des Loches; und Zurückziehen des Bohrers, wenn das Loch gebohrt ist.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, offenbart. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: automatisches Identifizieren einer Position des Imloch-Bohrmeißels; und basierend auf der Position des Imloch-Bohrmeißels, automatisches Ansetzen oder automatisches Bohren des Loches.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Ansetzvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, offenbart. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: automatische Luftversorgung für den Imloch-Bohrmeißel, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen, ohne den Bohrmeißel zu drehen; und automatisches Vorschieben des Imloch-Bohrmeißels, um ein Anfangsloch zu bilden.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, offenbart. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: automatische Luftversorgung für den Imloch-Bohrmeißel, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen; und automatisches Steuern einer Vorschubrate des Bohrgestänges basierend auf einem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck während des Bohrvorgangs.
In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, offenbart. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: automatische Luftversorgung für den Imloch-Bohrmeißel, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen; und automatisches Steuern einer Vorschubrate des Bohrgestänges basierend auf einem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck während des Bohrvorgangs; und automatisches Einleiten eines Blockiervermeidungsvorgangs, wenn der Bohrmeißel-Luftdruck über einem ersten Wert, aber unter einem zweiten Wert ist, oder ein gemessenes Drehmoment des Bohrgestänges über einem ersten Drehmomentwert ist.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Spezifikation einbezogen sind und einen Teil dieser Spezifikation darstellen, veranschaulichen verschiedene exemplarische Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Offenbarung.

1 veranschaulicht eine schematische Seitenansicht einer Bohrmaschine mit einem exemplarischen Lochzuführungsbohrsteuersystem gemäß Aspekten der Offenbarung.
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht des exemplarischen Lochzuführungsbohrsteuersystems der Bohrmaschine von 1.
3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm, das einen automatischen Imloch (Auto-DTH)-Bohrvorgang des Imloch-Bohrsteuersystems von 1 und 2 darstellt.
4 stellt ein Ablaufdiagramm bereit, das eine exemplarische Bohrmeißel-Positionsidentifizierungsphase des Imloch-Bohrsteuersystems von 1-3 darstellt.
5 stellt ein Ablaufdiagramm bereit, das eine exemplarische Ansetzphase des Imloch-Bohrsteuersystems von 1-3 darstellt.
6 stellt ein Ablaufdiagramm bereit, das eine exemplarische Lochbohrphase des Imloch Bohrsteuersystems von 1-3 darstellt.
7 stellt ein Ablaufdiagramm bereit, das eine exemplarische Bohrerrückzugsphase des Imloch-Bohrsteuersystems von 1-3 darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung sind nur exemplarisch und erläuternd und schränken die Merkmale, wie beansprucht, nicht ein. Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisend“, „beinhaltend“ oder andere Varianten davon einen nicht ausschließlichen Einschluss abdecken, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, der/die/das eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern auch andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder für einen solchen Prozess, ein solches Verfahren, einen solchen Artikel oder eine solche Vorrichtung inhärent ist. Ferner werden relative Begriffe, wie z. B. „etwa“, „im Wesentlichen“, „allgemein“ oder „ungefähr“ verwendet, um eine mögliche Abweichung von ±10 % bei einem angegebenen Wert anzugeben.
1 veranschaulicht eine schematische Seitenansicht einer exemplarischen Bohrmaschine 10. Die vorliegende Offenbarung kann auf jedwede Art von Bohrmaschinen anwendbar sein, im Folgenden wird jedoch insbesondere auf eine mobile Sprenglochbohrmaschine Bezug genommen. Wie in 1 dargestellt, kann die mobile Bohrmaschine 10 einen Rahmen 12, eine Maschine 14 und einen Bohrmast 16 beinhalten. Der Rahmen 12 kann auf einer Bodenfläche durch einen Transportmechanismus, wie z. B. Raupenketten 18, getragen werden. Die Raupenketten 18 können das Manövrieren der mobilen Bohrmaschine 10 über die Bodenfläche an einen gewünschten Ort für einen Bohrvorgang ermöglichen. Der Rahmen 12 kann ferner ein oder mehrere Heber 20 zum Stützen und Nivellieren der mobilen Bohrmaschine 10 auf der Bodenfläche während des Bohrvorgangs aufweisen. Der Rahmen 12 kann die Maschine 14 tragen, die Verbrennungsmotoren, Elektromotoren, Batterien, Pumpen, Luftkompressoren, einen Hydraulikfluid-Vorratsbehälter 36 (in 1 schematisch dargestellt) und/oder irgendeine andere Ausrüstung, die zum Antreiben und Betreiben einer mobilen Bohrmaschine 10 erforderlich ist, beinhalten kann. Der Rahmen 12 kann ferner ein Fahrerhaus 22 tragen, von dem ein Benutzer oder Bediener über eine Benutzerschnittstelle und Anzeigen 40 die mobile Bohrmaschine 10 manövrieren und steuern kann.
Wie in 1 weiter dargestellt, kann der Bohrmast 16 einen Mastrahmen 24 beinhalten, der eine Bohrmotoranordnung oder einen Drehkopf 26 tragen kann, der auf dem Mastrahmen 24 beweglich montiert ist. Der Drehkopf 26 kann mit einem Bohrgestänge 28 von Bohrrohrsegmenten, an denen ein Imloch-Hammerbohrmeißel 30 für das Lochzuführungsbohren in die Bodenfläche montiert sein kann, gekoppelt und für das Drehen steuerbar sein, wie unten näher beschrieben. Der Drehkopf 26 kann jedwede Art von Drehkopf sein, wie z. B. ein hydraulischer Drehkopf oder dergleichen. Der Drehkopf 26 kann ferner eine Hydraulikfluidleitung (nicht dargestellt) zum Aufnehmen von Hydraulikfluid beinhalten. Das Hydraulikfluid kann verwendet werden, um eine Welle des Drehkopfes 26 zu drehen, an der das Bohrgestänge 28 zum Drehen des Bohrgestänges 28 (und damit des rotierenden Bohrmeißels 30) verbunden ist. Die Hydraulikfluidleitung des Drehkopfes 26 kann mit einem Hydraulikventil 32 (in 1 schematisch dargestellt) gekoppelt sein, um die Menge und die Durchflussrate des Hydraulikfluids in den Drehkopf 26 zu steuern. Im der exemplarischen Ausführungsform kann sich das Hydraulikventil 32 am Hydraulikfluid-Vorratsbehälter 38 befinden. Das Hydraulikventil 32 kann sich jedoch überall entlang der Hydraulikfluidleitung des Drehkopfes 26 befinden, wie nötig.
Der Bohrmast 16 kann ferner einen hydraulischen Vorschubzylinder 34 (im Mastrahmen 24 befindlich) beinhalten, der über ein Seil- und Riemenscheibensystem (nicht dargestellt) mit dem Drehkopf 26 verbunden ist, um den Drehkopf 26 den Mastrahmen 24 entlang nach oben und nach unten zu bewegen. Daher kann, wenn der hydraulische Vorschubzylinder 34 ausgefahren wird, der hydraulische Vorschubzylinder 34 eine Kraft auf den Drehkopf 26 ausüben, um den Drehkopf 26 den Mastrahmen 24 entlang nach unten zu ziehen. Ähnlich kann, wenn der hydraulische Vorschubzylinder 34 zurückgezogen wird, der hydraulische Vorschubzylinder 34 eine Kraft auf den Drehkopf 26 ausüben, um den Drehkopf 26 den Mastrahmen 24 entlang nach oben zu heben. Somit kann der hydraulische Vorschubzylinder 34 steuerbar sein, um den Drehkopf 26 so zu steuern, dass er sich den Mastrahmen 24 nach oben und nach unten bewegt, sodass der Bohrmeißel 30 am Bohrgestänge 28 nach unten in die Bodenfläche gezogen oder von der Bodenfläche angehoben wird. Der Begriff „Vorschub“, wie im Kontext des Vorschubzylinders 34 verwendet, beinhaltet die Bewegung des Bohrgestänges 28 in eine der beiden Richtungen (nach oben oder nach unten). Der hydraulische Vorschubzylinder 34 kann Hydraulikfluidleitungen (nicht dargestellt) zum Aufnehmen und Fördern von Hydraulikfluid zum und vom Vorschubzylinder 34 beinhalten. Das Hydraulikfluid kann verwendet werden, um den Hydraulikzylinder 34 zu betätigen, sodass eine Stange des Hydraulikzylinders 34 ausgefahren oder zurückgezogen werden kann. Die Hydraulikfluidleitung des Hydraulikzylinders 34 kann mit Hydraulikventilen 36 (in 1 schematisch dargestellt) gekoppelt sein, um die Menge und die Durchflussrate des Hydraulikfluids in den Hydraulikzylinder 34 zu steuern. Im der exemplarischen Ausführungsform kann sich das Hydraulikventil 36 am Hydraulikfluid-Vorratsbehälter 38 befinden. Das Hydraulikventil 36 kann sich jedoch überall entlang der Hydraulikfluidleitung des Hydraulikzylinders 34 befinden, wie nötig. Es versteht sich, dass Hydraulikfluid jedwede Art von Hydraulikfluid sein kann, wie Hydrauliköl oder dergleichen.
1 zeigt das in Loch 50 befindliche Bohrgestänge 28. Das Loch 50 beinhaltet einen Ansetzabschnitt 52 an einem oberen Abschnitt des Loches und einen Boden des Loches 54 (z. B. gewünschte Tiefe des Loches). Wie durch die Pfeile in 1 dargestellt, kann das Bohrgestänge 28 sich drehen und nach oben und nach unten bewegen (z. B. Vorschub und Zurückziehen/Heben), sodass sich der Bohrmeißel 30 dreht und nach oben bzw. nach unten bewegt. Ferner kann das Bohrgestänge 28 Wasser- und Luftleitungen (nicht dargestellt) für die Wasser- und/oder Druckluftversorgung durch den Bohrmeißel 30 zum Loch 50 beinhalten. 2 veranschaulicht eine schematische Ansicht des exemplarischen Lochzuführungsbohrsteuersystems der Bohrmaschine von 1. Das Steuersystem 200 kann Eingaben 212-228, Steuerung 210 und Ausgaben 230-240 beinhalten. Die Eingaben können Sensoreingaben, Bedienereingaben oder gespeicherte Eingaben, beispielsweise Bohrmeißelinformationen 212, Bohrgestängegewicht 214, gewünschte Locheinstellungen 216, Vorschubratengrenzen, Drehgeschwindigkeitsgrenzen, Luftdruckgrenzen und Drehmomentgrenzen, Bohrmeißelluftdruck 218, Niederzugkraft 220, Drehmoment 222, Bohrmeißelposition 224, Drehgeschwindigkeit 226 und Signale von einer oder mehreren Inertialmesseinheiten 228 beinhalten. Solche Sensoren, Betriebseingabe oder gespeicherte Eingaben können mit jedwedem herkömmlichen System (Sensoren, Benutzereingaben usw.) erhalten werden. Ausgaben 106 können zum Beispiel einen Vorschubratenbefehl 230, Luftversorgungsbefehl 232, Bohrgestängedrehbefehl 236, Bewässerungsbefehl 238 und Anzeigeinformationen 240 für den Bediener beinhalten.
Die Steuerung 210 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zum Überwachen von Vorgängen der Maschine 10 und Ausgeben von Anweisungen für Komponenten der Maschine 10 beinhalten können. Die Steuerung 210 kann zum Beispiel einen Speicher, eine Sekundärspeichervorrichtung, einen Prozessor wie eine Zentraleinheit oder jedwedes andere Mittel zum Bewerkstelligen einer Aufgabe beinhalten, die mit der vorliegenden Offenbarung konsistent ist. Der Speicher oder die sekundäre Speichervorrichtung, der/die der Steuerung 210 zugeordnet ist, kann Daten und/oder Softwareroutine speichern, die der Steuerung 210 bei der Durchführung ihrer Funktionen helfen. Außerdem kann der Speicher oder die sekundäre Speichervorrichtung, der/die der Steuerung 210 zugeordnet ist, auch Daten speichern, die von den verschiedenen Eingaben 102 empfangen werden, die der mobilen Bohrmaschine 10 zugeordnet sind. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können zum Durchführen der Funktionen der Steuerung 210 konfiguriert sein. Es sollte offensichtlich sein, dass die Steuerung 210 leicht eine allgemeine Maschinensteuerung verkörpern könnte, die zum Steuern zahlreicher anderer Maschinenfunktionen fähig ist. Der Steuerung 210 können verschiedene andere bekannte Schaltungen zugeordnet sein, einschließlich Signalkonditionierschaltungen, Kommunikationsschaltungen, hydraulischen und anderen Betätigungsschaltungen und anderen geeigneten Schaltungen.
Die Bohrmeißelinformationseingabe 212 kann eine Benutzereingabe des Bohrmeißeltyps und ein Gewicht am Bohrmeißel pro Durchmesser beinhalten. Der Bohrmeißeltyp kann einen Lochzuführungsbohrmeißel beinhalten. Der Bohrmeißeltyp kann aber auch jedwede andere Art von Bohrmeißel beinhalten, wie z. B. Drehbohrmeißel, Klauenbohrmeißel oder dergleichen. Das Gewicht am Bohrmeißel pro Durchmesser kann durch eine Benutzereingabe des Durchmessers des Bohrmeißels bestimmt werden. Die Benutzereingabe kann von einer Eingabevorrichtung 40, wie z. B. einem Computergerät, einen Ziffernblock oder dergleichen, empfangen werden.
Die Bohrgestängegewichtseingabe 214 kann ein Gesamtgewicht des Bohrgestänges 28 beinhalten. Das Gesamtgewicht des Bohrgestänges kann durch ein Gewicht der Drehkopfanordnung 26, ein Gewicht der Bohrrohre, die sich aktuell am Bohrgestänge 28 befinden, und ein Gewicht der Bohrmeißelanordnung bestimmt werden. Das Gewicht der Drehkopfanordnung kann von einem Benutzer eingegeben werden oder kann vorgeladen und im Speicher der Steuerung 210 gespeichert sein. Das Gewicht der Bohrrohre, die sich aktuell am Bohrgestänge befinden, kann basierend auf einer Benutzereingabe der Anzahl der Rohre, die sich aktuell am Bohrgestänge befinden, bestimmt werden. Zur Bestimmung des Gewichts der Bohrrohre, die sich aktuell am Bohrgestänge befinden, kann die Steuerung 210 die eingegebene Anzahl der Rohre multipliziert mit dem Gewicht eines einzelnen Rohrs berechnen. Das Gewicht der Bohrmeißelanordnung kann durch eine Benutzereingabe bestimmt werden oder im Speicher der Steuerung 210 vorgeladen sein.
Die gewünschte Locheinstellungseingabe 216 kann eine Benutzereingabe z. B. von einer gewünschten Ansetztiefe, von Erweiterungsbohrinkrementen und von einer gewünschten Lochtiefe umfassen. Die gewünschte Ansetztiefe kann die gewünschte Tiefe sein, in der das vordere Ende, oder der Ansatz, des Loches 50 gebohrt wird. Erweiterungsbohrinkremente können Tiefeninkremente sein, mit denen während des Auto-DTH-Bohrvorgangs das Loch angesetzt wird. Die gewünschte Lochtiefe kann die gewünschte Tiefe sein, in der das Loch 50 während des Auto-DTH-Bohrvorgangs gebohrt wird.
Vorschubratengrenzeingabe, Drehgeschwindigkeitsgrenzeingabe, Luftdruckgrenzeingabe und Drehmomentgrenzeingabe können im Speicher der Steuerung 210 gespeichert sein. Die Vorschubratengrenzen können maximale Grenzen für die Vorschubrate des Bohrmeißels 30 beinhalten. Die Drehgeschwindigkeitsgrenzen können maximale Grenzen für die Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels 30 beinhalten. Die Luftdruckgrenzen können maximale Grenzen für eine Höhe des Luftdrucks beinhalten, der für den Kolben des Hammerbohrmeißels 30 bereitgestellt wird. Die Drehmomentgrenzen können maximale Grenzen für die Drehmomentdrehzahl des Bohrmeißels 30 beinhalten.
Die Bohrmeißel-Luftdruckeingabe 218 kann ein Sensor zur Erkennung und/oder Übermittlung einer Nettokraft sein, die auf eine Luftversorgungsleitung wirkt. Auf die Luftversorgungsleitung wirkende Kräfte können Luftdruck beinhalten. Die Bohrmeißel-Luftdruckeingabe 218 kann ein Luftdrucksensor sein, der so konfiguriert ist, dass er ein Luftdrucksignal übermittelt, das der Steuerung 210 den Luftdruck der Luftversorgungsleitung am Bohrmeißel 30 angibt. Ein Druckluftsensor kann sich zum Beispiel in der Luftversorgungsleitung neben dem Bohrmeißel 30 befinden, um den Druck des Fluids (z. B. Luft) in der Luftversorgungsleitung zu erkennen. Die Bohrmeißel-Drucklufteingabe 218 kann außerdem Luftdruckinformationen von anderen Quellen, einschließlich anderen Sensoren, ableiten.
Die Niederzugkrafteingabe 220 kann ein Sensor oder ein anderer Mechanismus sein, der so konfiguriert ist, dass er eine Niederzugkraft erkennt und/oder übermittelt, die auf den Bohrmeißel 30 wirkt. Die Niederzugkraft, die auf den Bohrmeißel 30 wirkt, kann die Kraft sein, die durch den hydraulischen Vorschubzylinder 34 durch den Drehkopf 26 auf den Bohrmeißel 30 ausgeübt wird. Daher kann die Niederzugkraft aus einem Druck des hydraulischen Vorschubzylinders abgeleitet werden. Somit kann die Niederzugkrafteingabe 220 ein Sensor zum Erkennen einer Nettokraft sein, die auf den hydraulischen Vorschubzylinder 34 wirkt, der durch die Steuerung 210 gesteuert werden kann. Kräfte, die auf den hydraulischen Vorschubzylinder 34 wirken, können einen bodenseitigen Druck und einen stangenseitigen Druck beinhalten. Der stangenseitige Druck kann niedrig sein, sodass die Nettokraft, die auf den hydraulischen Vorschubzylinder 34 wirkt, als bodenseitiger Druck angenähert werden kann. Die Niederzugkrafteingabe 220 kann zum Beispiel ein Drucksensor sein, der so konfiguriert ist, dass er ein Drucksignal an die Steuerung 210 übermittelt. Der Drucksensor kann in einem Kopf des hydraulischen Vorschubzylinders 34 angeordnet sein. Alternativ kann jedweder Sensor, der der Niederzugkrafteingabe 220 zugeordnet ist, an anderen Orten in Bezug auf den hydraulischen Vorschubzylinder 34 angeordnet sein. Die Niederzugkrafteingabe 220 kann außerdem Niederzugkraftinformationen von anderen Quellen, einschließlich anderen Sensoren, ableiten. Die Drehmomenteingabe 222 kann ein Sensor oder ein anderer Mechanismus sein, der so konfiguriert ist, dass er ein Drehmoment des Bohrmeißels 30 erkennt und/oder übermittelt. Ein Drehmomentsensor kann dem Bohrmeißel 30 physisch zugeordnet sein oder er kann ein virtueller Sensor sein, der verwendet wird, um ein Drehmoment basierend auf erfassten Parametern, wie z. B. Drehgeschwindigkeit des Drehkopfes 26 und Druck am Drehkopf 26, zu berechnen. Daher kann die Drehmomenteingabe 222 einen Sensor (z. B. einen Drehgeschwindigkeitssensor) zur Erkennung der Drehgeschwindigkeit des Drehkopfes 26 (und damit des Bohrmeißels 30) und einen Sensor (z. B. einen Drucksensor) zur Erkennung des Drucks einer Fluidversorgung zum Drehkopf 26 beinhalten. Der Drehzahlsensor kann an oder in der Nähe des Drehkopfes 26 angeordnet sein und der Drucksensor kann in einer Fluidversorgungsleitung des Drehkopfes 26 angeordnet sein. Alternativ kann jedweder Sensor, der der Drehmomenteingabe 222 zugeordnet ist, an anderen Orten in Bezug auf den Drehkopf 26 und/oder den Bohrmeißel 30 angeordnet sein. Die Drehmomenteingabe 222 kann außerdem Drehmomentinformationen von anderen Quellen, einschließlich anderen Sensoren, ableiten. Die Eingabe der Bohrmeißelposition 224 kann ein Sensor oder ein anderer Mechanismus sein, der so konfiguriert ist, dass er eine Position des Bohrmeißels 30 erkennt und/oder übermittelt. Ein Positionssensor kann zum Beispiel zur Erkennung der Position des Bohrmeißels 30 physisch dem Drehkopf 26 zugeordnet sein. Daher kann der Positionssensor ein Bohrmeißelpositionssignal an die Steuerung 210 senden. Das Bohrmeißelpositionssignal kann aus einer Position des Drehkopfes 26 in Bezug auf einen Ort am Bohrmast 16 abgeleitet werden. Die Bohrmeißelposition in Bezug auf die Bodenfläche und/oder das Loch kann zum Beispiel aus der Position des Drehkopfes 26 am Bohrmast 16 abgeleitet werden. Der Positionssensor kann an oder in der Nähe des Drehkopfes 26 angeordnet sein. Alternativ kann jedweder Sensor, der der Bohrmeißelpositionseingabe 224 zugeordnet ist, an anderen Orten in Bezug auf den Drehkopf 26 und/oder den Bohrmeißel 30 angeordnet sein. Die Bohrmeißelpositionseingabe 224 kann außerdem Bohrmeißelpositionsinformationen von anderen Quellen, einschließlich anderen Sensoren, ableiten.
Die Eingabe der Drehgeschwindigkeit 226 kann ein Sensor (z. B. ein Drehgeschwindigkeitssensor) sein, der so konfiguriert sein kann, dass er eine Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels 30 erkennt. Die Drehgeschwindigkeitseingabe 226 kann ein Drehgeschwindigkeitssignal übermitteln, das der Steuerung 210 eine Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels 30 angibt. Die Drehgeschwindigkeitseingabe 226 kann zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit des Drehkopfes 26 überwachen. Die Drehgeschwindigkeitseingabe 226 kann einen herkömmlichen Drehgeschwindigkeitsdetektor mit einem stationären Element verkörpern, das starr mit dem Drehkopf 26 verbunden ist, der so konfiguriert ist, dass er eine relative Drehbewegung des Drehkopfes 26 (z. B. eines Drehabschnitts des Drehkopfes 26, der mit dem Drehkopf 26 operativ verbunden ist, wie z. B. eine Welle des Drehkopfes 26 oder des Bohrgestänges 28, das am Drehkopf 26 montiert ist) erfasst. Das stationäre Element kann ein magnetisches oder optisches Element sein, das an einem Gehäuse der Drehkopfanordnung montiert und so konfiguriert ist, dass es die Drehung eines Schaltelements (z. B. eines frequenzbestimmenden Zahnrads, eines eingebetteten Magneten, eines Kalibrierungsstreifens, eines Zahns eines Geberrads, eines Nockenvorsprungs usw.) erkennt, das verbunden ist, um sich mit der Welle des Drehkopfes 26 zu drehen. Ein Sensor der Drehgeschwindigkeitseingabe 226 kann sich neben dem Schaltelement befinden und so konfiguriert sein, dass er jedes Mal, wenn das Schaltelement in der Nähe des stationären Elements vorbeigeht, ein Signal erzeugt. Das Signal kann zur Steuerung 210 geleitet werden, die das Signal zur Bestimmung einer Anzahl von Wellendrehungen des Drehkopfes 26, die innerhalb fester Zeitintervalle erfolgen, verwenden kann und diese Information zur Bestimmung des Drehgeschwindigkeitswertes verwenden kann. Die Eingabe der Inertialmesseinheit (IMU) 228 sind Sensoren an Komponenten der Bohrmaschine 10, die verschiedene Aspekte der Bewegung der Komponente messen können, wie z. B. Beschleunigungen in der x-, y-, z-Richtung und Änderungsgeschwindigkeiten für Neigen, Rollen und Gieren. Die Ausgaben der IMUs können mit Werten der Gesamtneigung und des Gesamtrollens der Maschine verwendet werden.
Für die Ausgaben des Steuersystems 200 kann der Vorschubratenbefehl 230 eine Betätigung des hydraulischen Vorschubzylinders 34 bewirken und eine Positionsänderung des Drehkopfes 26 nach oben und unten den Mastrahmen 24 entlang bewirken. Daher kann der Vorschubratenbefehl 230 die Vorschubrate des Bohrmeißels 30 in das Loch 50 hinein und aus diesem heraus steuern. Der Luftversorgungsbefehl 232 kann eine Betätigung eines Ventils in der Luftversorgungsleitung des Drehkopfes 26 bewirken. Daher kann der Luftversorgungsbefehl 26 den Luftdruck steuern, der auf den Bohrmeißel 30 ausgeübt wird. Der Bohrgestängedrehbefehl 236 kann eine Betätigung eines Ventils der Hydraulikfluidleitung des Drehkopfes 26 bewirken. Daher kann der Bohrgestängedrehbefehl 236 die Drehgeschwindigkeit des Bohrgestänges 28 (und damit des Bohrmeißels 30) steuern. Der Bewässerungsbefehl 238 kann eine Betätigung eines Ventils der Bewässerungsleitung bewirken. Daher kann der Bewässerungsbefehl 238 den Wasserdruck und die Wassermenge der Bewässerungsleitung steuern. Die Anzeigeausgänge 240 können viele verschiedene Formen annehmen, um den Bediener oder Personal in der Ferne über den Status verschiedener Aspekte des Auto-DTH-Bohrvorgangs 300 zu informieren.
3 stellt die verschiedenen Phasen eines Auto-DTH-Bohrvorgangs 300 bereit. Insbesondere beinhaltet der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 eine DTH-Anfangseingabe-Datenphase 310, eine Auto-DTH-Einleitungsphase 312, eine Positionsidentifizierung der Bohrmeißelphase 314, eine Ansetzlochphase 316, eine Bohrlochphase 318, eine Bohrerrückzugsphase 320 und eine Auto-DTH-Deaktivierungsphase 322. In der DTH-Dateneingabephase 310 kann der Bediener der Bohrmaschine 10 oder Personal in der Ferne verschiedene Daten bereitstellen, die für den Auto-DTH-Bohrvorgang 300 erforderlich sind. Solche Daten können beispielsweise Bohrmeißelinformationen 212 (z. B. Bohrmeißeltyp, Belastungsgrenzen des Bohrmeißels, Größe des Bohrmeißels usw.), Bohrgestängegewicht 214 (z. B. Gewicht des Rohrs und Anzahl der Rohre am Bohrgestänge 28) und gewünschte Locheinstellungen 216 (z. B. Ansetztiefe, Erweiterungsbohrinkrementtiefe und gewünschte Tiefe des Loches) beinhalten.
In der Auto-DTH-Einleitungsphase 312 kann der Bediener der Bohrmaschine 10 den Auto-DTH-Bohrvorgang 300 über eine Taste oder eine andere Software-Schnittstelle im Fahrerhaus 22 einleiten. Die Taste oder andere Software-Schnittstelle kann sich irgendwo im Fahrerhaus befinden, z. B. an einem Steuer-Joystick 40, einer Touchscreen-Schnittstelle oder irgendeiner anderen Vorrichtung zur Bereitstellung von Steuersignalen für die Steuerung 210. Alternativ oder zusätzlich kann die Auto-DTH-Einleitungsphase 312 Personal in der Ferne beinhalten, das den Auto-DTH-Bohrvorgang 300 über Fernauslösung durch eine entfernte Einrichtung einleitet. In der Positionsidentifizierung der Bohrmeißelphase 314 kann die Steuerung 210 Signale empfangen, die eine aktuelle Position des Bohrmeißels 30 angeben. Basierend auf der Position des Bohrmeißels 30 kann die Steuerung 210 die Ansetzlochphase 316 automatisch einleiten oder die Bohrlochphase 310 einleiten oder wiederaufnehmen und/oder eine Bohrerrückzugsphase 320 einleiten oder wiederaufnehmen. In der Ansetzlochphase 316 kann die Steuerung 210 automatisch ein Loch basierend auf den eingegebenen gewünschten Locheinstellungen 216, wie z. B. die Ansetztiefe (z. B. 3 Meter) und Erweiterungsbohrinkrementtiefe (z. B. Inkremente von einem halben Meter), ansetzen. Nach der Ansetzlochphase 316 kann die Steuerung 210 die Bohrlochphase 318 automatisch einleiten. In der Bohrlochphase 318 kann die Steuerung 210 das Loch basierend auf den eingegebenen gewünschten Locheinstellungen 216, wie z. B. der gewünschten Tiefe des Loches, automatisch bohren. Der Bohrmeißel 30 kann zum Beispiel zum Bohren auf den Boden abgesenkt werden (z. B. durch einen Vorschub-nach-unten-Befehl) und das Bohren kann fortgesetzt werden, bis die gewünschte Lochtiefe erreicht ist. Wenn die gewünschte Lochtiefe erreicht ist, kann die Steuerung 210 die Bohrerrückzugsphase 320 automatisch einleiten. In der Bohrerrückzugsphase 320 kann die Steuerung 210 den Vorschieben-nach-unten-Befehl automatisch stoppen, sodass das Bohren des Loches gestoppt wird und die Steuerung 210 den Bohrmeißel 30 automatisch aus dem Loch zurückziehen kann. Wenn sich der Bohrmeißel 30 aus dem Bohrloch befindet und auf ein solches Niveau angehoben ist, dass die Bohrmaschine 10 stoßen und/oder der Mast 16 abgesenkt werden kann, kann der Bohrzyklus im Auto-DTH-Bohrvorgang 300 abgeschlossen sein. Wenn der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 abgeschlossen ist, kann die Steuerung 210 den Auto-DTH-Bohrvorgang 300 in der Auto-DTH-Deaktivierungsphase 322 deaktivieren. Die Positionsidentifizierung der Bohrmeißelphase 314, die Ansetzlochphase 316, die Bohrlochphase 318, die Bohrerrückzugsphase 320 und die Auto-DTH-Deaktivierungsphase 322 werden unten näher erläutert.
4 stellt eine exemplarische Positionsidentifizierung der Bohrlochphase 314 für den Auto-DTH-Bohrvorgang 300 bereit. In der Positionsidentifizierung der Bohrmeißelphase 314 kann die Steuerung 210 Signale empfangen, die eine aktuelle Position des Bohrmeißels 30 angeben. Die Steuerung 210 kann bestimmen, ob sich der Bohrmeißel 30 über dem Boden befindet und ob die Lochtiefe null ist (Schritt 410). Befindet sich der Bohrmeißel 30 über dem Boden und die Lochtiefe ist null, kann die Steuerung 210 beginnen, indem sie den Bohrmeißel 30 in Richtung Boden vorschiebt, bis der Boden erkannt wird (d. h. bis der Bohrmeißel 30 den Boden berührt) (Schritt 412). Der Anfangsschritt (Schritt 412) des Vorschiebens des Bohrmeißels 30 in Richtung Boden kann manuell durch den Bediener im Fahrerhaus 22 ausgelöst oder automatisch durch die Steuerung 210 eingeleitet werden. Sobald der Boden erkannt wurde (d. h. der Bohrmeißel 30 berührt den Boden), kann der Bohrmeißel 30 leicht angehoben oder zurückgezogen werden, um die Luftversorgung zum Bohrmeißel 30 für einen Hammervorgang einzuleiten (Schritt 414). Nachdem die Luftversorgung eingeleitet wurde, kann die Steuerung 210 den Bohrmeißel 30 zum Boden vorschieben (d. h. Absenken), um die Ansetzlochphase 316 (Schritt 416) zum Ansetzen des Loches zu beginnen, wie unten näher erläutert.
Der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 kann auch initiiert oder wiederaufgenommen werden, um die Ansetzlochphase 316, die Bohrlochphase 318 oder die Bohrerrückzugsphase 320 wiederaufzunehmen. Wenn beispielsweise der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 eingeleitet wird und sich der Bohrmeißel 30 im Loch befindet, die Lochtiefe nicht Null ist und/oder die Lochtiefe kleiner als die gewünschte Lochtiefe ist, kann die Steuerung 210 den Bohrmeißel 30 im Loch vorschieben, bis die Bodenfläche des Lochs erkannt wird (d. h. bis der Bohrmeißel 20 die Bodenfläche berührt) (Schritt 418). Sobald die Bodenfläche des Loches erkannt wurde, kann der Bohrmeißel 30 leicht angehoben oder zurückgezogen werden, um die Luftversorgung zum Bohrmeißel 30 für einen Hammervorgang einzuleiten (Schritt 420). Nach dem Einleiten der Luftversorgung kann der Bohrmeißel 20 zur Bodenfläche des Loches abgesenkt werden, um die Ansetzlochphase 316 oder die Bohrlochphase 318 wiederaufzunehmen (Schritt 422). Ist beispielsweise die Ansetzlochphase 316 bei Einleitung des Auto-DTH-Bohrvorgangs 300 nicht abgeschlossen, kann die Steuerung 210 das Ansetzen des Loches wiederaufnehmen oder, wenn die Bohrlochphase 318 bei Einleitung des Auto-DTH-Bohrvorgangs 300 nicht abgeschlossen ist, kann die Steuerung 210 das Bohren des Lochs wiederaufnehmen. Wird der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 während der Bohrerrückzugsphase 320 eingeleitet oder wiederaufgenommen, kann die Steuerung 210 das Zurückziehen des Bohrmeißels 30 wiederaufnehmen.
5 stellt eine exemplarische Ansetzlochphase 316 für den Auto-DTH-Bohrvorgang 300 bereit. Die Ansetzlochphase 316 kann das Einleiten des Ansetzens ohne Drehung des Bohrgestänges 28 beinhalten (Schritt 510). Zum Beispiel kann das Ansetzen durch einen Luftversorgungsbefehl 232 von der Steuerung 210 eingeleitet werden, um den Bohrmeißel 30 mit Luft zu versorgen, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel 30 bereitzustellen, ohne den Bohrmeißel 30 zu drehen. Die Steuerung 210 kann dann einen Vorschubbefehl 230 bereitstellen, um den Bohrmeißel 30 zum Boden vorzuschieben, um ein Anfangsloch zu bilden. Wenn das Anfangsloch gebildet ist und/oder wenn die Eindringgeschwindigkeit zu niedrig ist, um ein Anfangsloch zu bilden, kann die Steuerung 210 einen Bohrgestängedrehbefehl 236 bereitstellen, um die Drehung des Bohrgestänges 28 mit einer Drehgeschwindigkeit einzuleiten (Schritt 512).
Die Steuerung 210 kann dann weiter einen Vorschubbefehl 230 bereitstellen, um den Bohrmeißel 30 nach unten in das Loch vorzuschieben, um ein Ansetzloch zu bohren, bis eine gewünschte Ansetztiefe (z. B. 3 Meter) erreicht ist. In einigen Ausführungsformen kann die Ansetzlochphase 316 Erweiterungsbohrinkremente (z. B. Inkremente von einem halben Meter) enthalten. Beispielsweise kann die Steuerung 210 einen Vorschubbefehl 230 bereitstellen, um den Bohrmeißel 30 ein vorher festgelegtes Ansetzinkrement (z. B. einen halben Meter) vorzuschieben und dann den Bohrmeißel 30 zurückzuziehen (Schritt 514). Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden, bis die gewünschte Ansetztiefe erreicht ist (Schritt 516). Wenn die gewünschte Ansetztiefe erreicht ist, kann die Steuerung 210 den Bohrmeißel 30 vom Boden des Loches zurückziehen (Schritt 518). Die Ansetzlochphase 316 kann abgebrochen werden, wenn die gewünschte Ansetztiefe erfüllt ist, und der Bohrmeißel 30 wird vor dem Vorschieben des Bohrers für das Bohren (Schritt 520) für die Bohrlochphase 318 zurückgezogen (Schritt 518).
6 stellt eine exemplarische Bohrlochphase 318 für den Auto-DTH-Bohrvorgang 300 bereit. Die Bohrlochphase 318 erfolgt automatisch nach der Ansetzlochphase 316 und insbesondere nach dem Zurückziehen des Bohrgestänges 28 nach dem Ansetzen (Schritt 518). Die Bohrlochphase 318 kann abgebrochen werden, wenn die gewünschte Lochtiefe erreicht ist (Schritt 624).
Die Bohrlochphase 318 kann einen Vorschub des Bohrgestänges 28 in das Loch 50 mit einer Vorschubrate (oder Vorschubgeschwindigkeit) beinhalten, während das Bohrgestänge 28 basierend auf der Vorschubgeschwindigkeit gedreht wird (Schritt 610). Die Vorschubrate kann durch einen Vorschubbefehl 230 von der Steuerung 210 zu der Vorschubzylinderpumpe/den Regelventilen, die dem Vorschubzylinder 34 zugeordnet sind, gesteuert werden. Der Vorschubbefehl 230 kann anfangs einer vorher festgelegten Vorschubrate von der Steuerung 210 entsprechen. Dieser anfängliche Vorschubbefehl könnte zum Beispiel einer maximalen Vorschubratengrenze entsprechen. Dieser Vorschubbefehl 230 kann jedoch durch einen gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck 218 begrenzt werden, der dem Luftdruck im Bohrgestänge 28 entspricht. Insbesondere kann der Bohrmeißel-Luftdruck 218 während der Bohrlochphase 318 überwacht werden, und wenn sich der erfasste Bohrmeißel-Luftdruck 218 einer vorher festgelegten Bohrmeißel-Luftdruckgrenze nähert (Schritt 612), kann die Steuerung 210 automatisch das Vorschiebenbefehl 230 anpassen, um die Vorschubrate des Bohrgestänges 28 von der vorher festgelegten Vorschubrate (max. Vorschubratengrenze) zu verringern. Der eingestellte Vorschubbefehl 230 kann gesteuert werden, um eine Vorschubrate bei oder unter der Bohrmeißel-Luftdruckgrenze aufrechtzuerhalten (Schritt 614). Die Luftdruckgrenze kann einer Belastung des Bohrmeißels 30 entsprechen, die ausreichend ist, um ein effizientes Bohren durchzuführen, und gleichzeitig nicht zu hoch sein, damit der Bohrmeißel 30 beim Hin- und Herbewegen verklemmt. Diese Luftdruckgrenze kann ein einziger Wert oder ein Bereich von Werten sein.
Die Drehung des Bohrgestänges 28 während der Bohrlochphase 318 kann einem Bohrgestängedrehbefehl 236 entsprechen, der auf der Vorschubrate basiert. Die Steuerung 210 kann zum Beispiel eine Karte, eine Nachschlagetabelle oder einen äquivalenten Korrelationsprozess umfassen, der einen Bohrgestängedrehbefehl 236 der Vorschubrate des Bohrgestänges 28 zuordnet. Ferner kann die Korrelation zwischen dem Bohrgestängedrehbefehl 236 und der Vorschubrate auch von der Phase des Bohrvorgangs abhängen. Insofern kann sich während verschiedener Phasen oder Teilphasen (z. B. Blockiervermeidung und Blockierverhinderung) die Beziehung zwischen der Vorschubrate und dem Bohrgestängedrehbefehl 236 basierend auf einem numerischen Faktor unterscheiden.
Unter bestimmten Bedingungen kann der gemessene Bohrmeißel-Luftdruck 218 und/oder das gemessene Drehmoment 222 am Bohrgestänge 28 während der Bohrlochphase 318 über die jeweiligen Grenzen hinaus ansteigen. Diese Bedingungen können ein Blockieren oder drohendes Blockieren des Bohrgestänges 28 darstellen. Die Bohrlochphase 318 kann so konfiguriert sein, dass sie automatisch auf diese Bedingungen reagiert. Insbesondere kann, wenn der gemessene Bohrmeißel-Luftdruck 218 und/oder das gemessene Drehmoment 222 über einer vorher festgelegten niedrigen Grenze, aber unter einer vorher festgelegten hohen Grenze liegt (Schritt 616), die Steuerung 210 automatisch einen „Blockiervermeidungs“-Vorgang einleiten (Schritt 618). Der Blockiervermeidungsvorgang kann das Senden eines Vorschubbefehls 230 beinhalten, der die Vorschubrate des Bohrgestänges 28 basierend auf dem gemessenen Luftdruck 218 und/oder dem gemessenen Drehmoment 222 verringert. Durch ein automatisches Verringern der Vorschubrate des Bohrgestänges 28 auf diese Weise lässt sich ein Blockieren des Bohrgestänges 28 vermeiden.
Wenn jedoch der gemessene Bohrmeißel-Luftdruck 218 und/oder das gemessene Drehmoment 222 über eine vorher festgelegte niedrige Grenze, aber unter einer vorher festgelegten hohen Grenze steigt (Schritt 620), kann die Steuerung 210 automatisch einen „Blockierverhinderungs“-Vorgang einleiten (Schritt 622). Der Blockierverhinderungsvorgang kann das Senden eines Vorschubbefehls 230 beinhalten, um das Bohrgestänge 28 in eine Hebe-/Rückzugsbewegung oder eine Vorschubbewegung zum Zurückweichen von der Blockierung zu bewegen. Ferner kann ein Bohrgestängedrehbefehl 236 gesendet werden, um die Bohrgestängedrehgeschwindigkeit auf eine hohe Drehgeschwindigkeit (eine Drehgeschwindigkeit deutlich höher als die Drehgeschwindigkeit vor dem Blockierverhinderungsvorgang, zum Beispiel zwischen 60 - 80 % einer max. Drehgrenze) zu erhöhen. Sobald das Bohrgestänge 28 den gewünschten hohen Geschwindigkeitszustand erreicht hat, kann ein Vorschubbefehl 230 bereitgestellt werden, um den Bohrmeißel 30 langsam in die Blockierung vorzuschieben. Die langsame Vorschubrate kann deutlich langsamer sein als das Vorschieben vor dem Blockierverhinderungsvorgang, zum Beispiel zwischen 5 - 20 % der Vorschubratengrenze. Die Bewegungsrichtung des Bohrgestänges 28 könnte sowohl in Vorschubrichtung als auch in der Hebe-/Rückzugsrichtung sein, je nachdem, ob sich die Blockierung am Boden des Loches oder über dem Bohrmeißel aufgrund eines Einsinkens des Loches befindet. Dieser Vorgang des Zurückweichens von der Blockierung und langsamen Wiedereintretens in die Blockierung kann automatisch wiederholt werden, bis die Blockierung beseitigt ist (z. B. Bohrmeißel-Luftdruck 218 und/oder Drehmoment 222 auf akzeptable Werte abgesenkt sind).
Die niedrigen Grenzen und die hohen Grenzen für den Bohrmeißel-Luftdruck 218 und das Drehmoment 222 können konfigurierbar-basierend auf den Benutzereingaben einstellbar sein oder sie können vom Hersteller eingestellt werden und nicht konfigurierbar sein.
7 beschreibt die automatische Bohrerrückzugsphase 320 des automatischen DTH-Bohrvorgangs 300 und beginnt, wenn die gewünschte Bohrtiefe erfüllt ist (6, Schritt 624). Wenn die Bohrtiefe erfüllt ist, wird das Vorschieben des Bohrgestänges 28 in das Loch abgebrochen und ein „Lochräum-“Vorgang kann aktiviert werden (Schritt 714). Der „Lochräum“-Vorgang kann das Heben des Bohrmeißels 30 etwas über den Boden des Loches beinhalten (Schritt 712). Der Bohrmeißel 30 kann zum Beispiel im Bereich von 50 bis 150 mm über dem Boden des Loches angehoben werden, um den Bohrmeißel 30 vor Bruch zu schützen. Der Bohrmeißel 30 kann für eine vorher festgelegte Zeit basierend auf der Tiefe des Loches in dieser Tiefe bleiben, während die Luftversorgung durch das Bohrgestänge 28 erfolgt. Der Bohrmeißel 30 kann zum Beispiel eine Position etwas über dem Boden des Loches 15 Sekunden für ein 10 Meter tiefes Loch beibehalten und während dieser Zeit Luft blasen, oder 30 Sekunden für ein 20 Meter tiefes Loch. Die fortgesetzte Luftversorgung zum Bohrmeißel 30 dient dazu, das Loch von Schmutz und Trümmern zu räumen.
Nach Abschluss des Lochräumprozesses kann der Bohrmeißel 30 aus dem Loch zurückgezogen werden. Beim Zurückziehen kann der Bohrmeißel 30 mit einer Leerlaufdrehgeschwindigkeit gedreht werden (Schritt 716). Ferner kann die Luftversorgung durch das Bohrgestänge 28 fortgesetzt werden, ein solche Luftversorgung kann jedoch unterbrochen werden, bevor der Ansetzabschnitt des Loches erreicht ist. Die Bohrmaschine 10 kann dann erkennen, wann sich der Bohrmeißel 30 außerhalb des Loches und an einer Position befindet, an der die Bohrmaschine 10 stoßen und/oder der Mast 16 abgesenkt werden kann (Schritt 718). An dieser Stelle kann das Zurückziehen/Heben des Bohrmeißels 30 neben der Drehung des Bohrgestänges 28 abgebrochen werden. Es kann dann ein Signal oder eine andere Benachrichtigung dem Maschinenbediener und/oder der entfernten Stelle bereitgestellt werden, dass der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 abgeschlossen ist. Der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 kann dann automatisch deaktiviert werden (Schritt 720).
Unter bestimmten Bedingungen kann der gemessene Bohrmeißel-Luftdruck 218 und/oder das gemessene Drehmoment 222 am Bohrgestänge 28 während der Rückzugs-/Hebephase des Bohrmeißels 30 über die jeweiligen Grenzen hinaus ansteigen. Diese Bedingungen können eine Blockierung des Bohrgestänges 28 darstellen. Die Bohrerrückzugsphase 320 kann so konfiguriert sein, dass sie automatisch auf diese Bedingungen reagiert. Insbesondere kann, wenn der gemessene Bohrmeißel-Luftdruck 218 und/oder das gemessene Drehmoment 222 über eine vorher festgelegte niedrige Grenze, jedoch unter einer vorher festgelegten hohen Grenze ansteigt, die Steuerung 210 automatisch einen „Blockierverhinderungs“-Betrieb einleiten, wie in Bezug auf 6 oben näher beschrieben.
Sofern der Bediener den Auto-DTH-Prozess während der Bohrerrückzugsphase 320 anhält (z. B. zur Unterstützung der Räumung einer besonders problematischen Blockierung), wird der Auto-DTH-Bohrvorgang dort wiederaufgenommen, wo das Verfahren angehalten wurde. Der Bohrmeißel 30 senkt sich zum Beispiel nicht nach unten bis zum Boden des Loches.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die offenbarten Aspekte des Lochzuführungsbohrsteuersystems 100 der vorliegenden Offenbarung können in jedweder Bohrmaschine verwendet werden, die einen Lochzuführungsbohrmodus aufweist.
Wie hierin verwendet, beschreiben die Begriffe „automatisiert“ und „automatisch“ Funktionen, die ohne Benutzerintervention erfolgen. Somit können der Auto-DTH-Bohrvorgang 300 sowie die verschiedenen Phasen und Funktionen von 3 bis 7 ohne Benutzerintervention ablaufen.
Ein solches Lochzuführungsbohrsteuersystem 100 kann einen automatischen Bohrvorgang ermöglichen. Das offenbarte System 100 kann es zum Beispiel einem Bediener ermöglichen, gewünschte Locheinstellungen einzugeben und den Auto-DTH-Prozess auszulösen (entweder manuell oder automatisch). Das offenbarte System 100 kann verschiedene Sensoreingaben, wie oben beschrieben, empfangen und die Vorschubraten-, die Bohrgestängedrehungs-, die Luftversorgungs- und die Bewässerungsversorgungsfunktionen steuern, um automatisch ein Loch mit den gewünschten Locheinstellungen zu bohren. Ferner kann das System 100 helfen, die Druckbelastungskraft auf den Bohrmeißel während des Bohrvorgangs im Zielbelastungskraftbereich zu halten. Ein solches System 100 kann eine intuitivere Bedienersteuerung schaffen und mehr Autonomie der Bohrmaschine 10 erlauben. Somit kann das Lochzuführungsbohrsteuersystem 100 der vorliegenden Offenbarung Bedienern helfen, den Bohrvorgang auszuführen, und kann dazu beitragen, Schäden am Bohrmeißel während des Bohrvorgangs zu verringern und gleichzeitig die gesamte Bohrzeit zu verkürzen.
Für Fachleute auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass am offenbarten System verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Offenbarung werden für Fachleute auf dem Gebiet unter Berücksichtigung der Spezifikation und einem Praktizieren der verschiedenen hierin offenbarten Erfindung offensichtlich sein. Die Spezifikation und die Beispiele sollen lediglich als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Umfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7198117 [0004]

Claims

Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, umfassend: Empfangen von Eingabedaten von einer Benutzereingabe, einschließlich Informationen des Bohrmeißels, des Bohrgestängegewichts und der gewünschten Locheinstellungen; Empfangen eines Befehls vom Benutzer, einen automatischen Lochzuführungsvorgang einzuleiten; Identifizieren einer Position des Imloch-Bohrmeißels; und mithilfe der empfangenen Eingabedaten und basierend auf der Position des Imloch-Bohrmeißels, automatisches Einleiten folgender Schritte: Ansetzen eines Lochs; Bohren des Loches; und Zurückziehen des Bohrers, wenn das Loch gebohrt ist.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Informationen des Bohrmeißels einen Bohrmeißeltyp, Belastungsgrenzen des Bohrmeißels und Größe des Bohrmeißels beinhalten.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 2, wobei das Bohrgestängegewicht das Gewicht eines Bohrrohrs und eine Anzahl der Bohrrohre am Bohrgestänge beinhaltet.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 3, wobei die gewünschten Locheinstellungen eine Ansetztiefe, eine Erweiterungsbohrinkrementtiefe und eine gewünschte Tiefe des Loches beinhalten.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 4, ferner umfassend, wenn der Imloch-Bohrmeißel sich über dem Boden befindet und eine Tiefe des Loches null ist, automatisches Ansetzen des Loches basierend auf der Ansetztiefe und der Erweiterungsbohrinkrementtiefe.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 5, ferner umfassend, wenn der Imloch-Bohrmeißel sich im Loch befindet oder die Lochtiefe nicht null ist, automatisches Bohren des Loches basierend auf der gewünschten Tiefe des Loches.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 6, wobei das automatische Bohren des Loches einen Blockiervermeidungsprozess des automatischen Verringerns einer Vorschubrate des Imloch-Bohrmeißels beinhaltet, um einen Luftdruck oder ein Drehmoment des Imloch-Bohrmeißels innerhalb eines Zielbelastungsgrenzbereichs zu halten.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 6, wobei das automatische Bohren des Loches einen Blockierverhinderungsprozess des automatischen Erhöhens einer Drehgeschwindigkeit und Verringern einer Vorschubrate des Imloch-Bohrmeißels beinhaltet, um einen Luftdruck oder ein Drehmoment des Imloch-Bohrmeißels unter einer hohen Belastungsgrenze zu halten.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 6, ferner umfassend, wenn der Imloch-Bohrmeißel sich im Loch befindet und die Lochtiefe in der gewünschten Lochtiefe ist, automatisches Zurückziehen des Imloch-Bohrmeißels.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 9, ferner umfassend das automatische Deaktivieren des automatischen Lochzuführungsbohrvorgangs, wenn der Imloch-Bohrmeißel aus dem Loch zurückgezogen wird.
Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, umfassend: automatisches Identifizieren einer Position des Imloch-Bohrmeißels; und basierend auf der Position des Imloch-Bohrmeißels, automatisches Ansetzen eines Loches oder automatisches Bohren des Loches.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 11, ferner beinhaltend, wenn der Imloch-Bohrmeißel sich über dem Boden befindet und eine Tiefe des Loches null ist, automatisches Vorschieben des Imloch-Bohrmeißels, bis der Boden erkannt wird, und ferner beinhaltend, wenn der Boden erkannt wird, automatisches Zurückziehen des Imloch-Bohrmeißels und automatische Luftversorgung des Imloch-Bohrmeißels, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 12, ferner beinhaltend automatisches Vorschieben des Bohrmeißels in das Loch für einen Ansetzvorgang.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 11, ferner beinhaltend, wenn der Imloch-Bohrmeißel sich im Loch befindet oder die Tiefe des Loches nicht null ist, automatisches Vorschieben des Imloch-Bohrmeißels in das Loch bis zu einem Boden des Loches, bis der Boden des Loches erkannt wird, und ferner beinhaltend, wenn der Boden des Loches erkannt wird, automatisches Zurückziehen des Imloch-Bohrmeißels und automatische Luftversorgung des Imloch-Bohrmeißels, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 14, ferner beinhaltend das automatische Wiederaufnehmen des Bohrvorgangs.
Verfahren zur automatischen Steuerung eines Ansetzvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, umfassend: automatische Luftversorgung für den Imloch-Bohrmeißel, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen, ohne den Bohrmeißel zu drehen; und automatisches Vorschieben des Imloch-Bohrmeißels, um ein Anfangsloch zu bilden.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 16, ferner beinhaltend, wenn das anfängliche Loch gebildet ist, automatisches Einleiten der Drehung eines Bohrgestänges mit einer Drehgeschwindigkeit und automatisches Vorschieben des Imloch-Bohrmeißels in das Loch, um ein Ansetzloch zu bohren, bis eine gewünschte Ansetztiefe erreicht ist.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 17, ferner beinhaltend das automatische Vorschieben des Imloch-Bohrmeißels in das Loch in vorher festgelegten Ansetzinkrementen, bis die gewünschte Ansetztiefe erreicht ist.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 18, ferner beinhaltend das automatische Zurückziehen des Imloch-Bohrmeißels, wenn die gewünschte Ansetztiefe erreicht ist.
Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, umfassend: automatische Luftversorgung für den Imloch-Bohrmeißel, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen; und automatisches Steuern einer Vorschubrate des Bohrgestänges basierend auf einem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck während des Bohrvorgangs.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 11, ferner beinhaltend das automatische Drehen des Bohrgestänges basierend auf der Vorschubrate des Bohrgestänges.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 12, wobei das Steuern der Vorschubrate das Aufrechterhalten des Luftdrucks bei einer Luftdruckgrenze beinhaltet.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 13, wobei die Luftdruckgrenze eine Funktion der Bohrmeißeleigenschaften ist.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 14, ferner umfassend das automatische Steuern der Vorschubrate des Bohrgestänges basierend auf einer Vorschubgeschwindigkeitsgrenze, bis der Bohrmeißel-Luftdruck, der aus dem Bohrvorgang resultiert, sich der Luftdruckgrenze annähert, und danach automatisches Steuern der Vorschubrate basierend auf dem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 15, wobei die automatische Steuerung der Vorschubrate während einer Bohrlochphase des Bohrvorgangs durchgeführt wird.
Verfahren zur automatisierten Steuerung nach Anspruch 16, ferner beinhaltend das automatische Einleiten eines Blockiervermeidungsvorgangs, wenn der Bohrmeißel-Luftdruck über einem ersten Wert, jedoch unter einem zweiten Wert liegt, oder ein gemessenes Drehmoment des Bohrgestänges über einem ersten Drehmomentwert liegt.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 17, wobei der Blockiervermeidungsvorgang das Verringern eines Vorschubs des Bohrgestänges basierend auf dem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck beinhaltet.
Verfahren zur automatisierten Steuerung nach Anspruch 18, ferner beinhaltend das automatische Einleiten eines Blockierverhinderungsvorgangs, wenn der Bohrmeißel-Luftdruck über dem zweiten Wert liegt oder ein gemessenes Drehmoment des Bohrgestänges über einem zweiten Drehmomentwert liegt.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 19, wobei der Blockierverhinderungsvorgang das Zurückweichen von einer Blockierung, Erhöhen der Bohrgeschwindigkeit und Vorschieben des Bohrmeißels zurück in die Blockierung mit einer verringerten Vorschubrate beinhaltet.
Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, umfassend: automatische Luftversorgung für den Imloch-Bohrmeißel, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen; automatisches Steuern einer Vorschubrate des Bohrgestänges basierend auf einem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck während des Bohrvorgangs; und automatisches Einleiten eines Blockiervermeidungsvorgangs, wenn der Bohrmeißel-Luftdruck über einem ersten Wert, jedoch unter einem zweiten Wert liegt, oder ein gemessenes Drehmoment des Bohrgestänges über einem ersten Drehmomentwert liegt.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 21, wobei der Blockiervermeidungsvorgang das Verringern eines Vorschubs des Bohrgestänges basierend auf dem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck beinhaltet.
Verfahren zur automatischen Steuerung eines Bohrvorgangs einer Sprenglochbohrmaschine mithilfe eines Imloch-Bohrmeißels, der an einem Bohrgestänge montiert ist, umfassend: automatische Luftversorgung für den Imloch-Bohrmeißel, um eine Hammerwirkung am Bohrmeißel bereitzustellen; automatisches Steuern einer Vorschubrate des Bohrgestänges basierend auf einem gemessenen Bohrmeißel-Luftdruck während des Bohrvorgangs; und automatisches Einleiten eines Blockiervermeidungsvorgangs, wenn der Bohrmeißel-Luftdruck über dem zweiten Wert liegt oder ein gemessenes Drehmoment des Bohrgestänges über einem zweiten Drehmomentwert liegt.
Verfahren zur automatischen Steuerung nach Anspruch 32, wobei der Blockierverhinderungsvorgang das Zurückweichen von einer Blockierung, Erhöhen der Bohrgeschwindigkeit und Vorschieben des Bohrmeißels zurück in die Blockierung mit einer verringerten Vorschubrate beinhaltet.