DE2422571C3 - Verfahren und Steuervorrichtung zum Gesteins- und/oder Erdbohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Gesteins- und/oder Erdbohren, wobei mehrere Bohrlöcher bis auf eine vorbestimmte, vorzugsweise ebene Grundfläche vorgetrieben werden. Diese Grundfläche kann z. B. eine Fläche sein, die dicht bei der zukünftigen Oberfläche einer zu bauenden Straße liegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Straßenbau beschränkt, sondern kann mit Vorteil in all jenen Füllen Anwendung finden, in denen das Bohren bis auf eine vorbestimmte Grundfläche vorkommt.

Die bisher bekannte Arbeitsweise verlangt ein zeitraubendes Ausmessen jedes Bohrlochs, um dessen erforderliche Tiefe zu bestimmen. Außerdem muß die Bohrtiefe an demjenigen Punkt angezeigt werden, an dem das Bohren stattfindet. Um die gewünschte Bohrtiefe zu erreichen, wird ein Bohrgestänge, bestehend aus einem oder mehreren Gestängeabschnitten, benutzt. In den meisten Fällen muß der Bohrvorgang unterbrochen werden, wenn der letzte Gestängeabschnitt nur teilweise in den Grund eingedrungen ist. Wenn das Bohren nicht bis auf die verlangte Tiefe vorgetrieben wird, bleiben beim nachfolgenden Sprengen über die Grundfläche vorstehende Fe!sen und Sieine stehen, und um diese zu beseitigen, sind weitere Bohr- und Sprengarbeiten nötig. Zuvor muß allerdings das bereits losgesprengte Gestein abgetragen werden. Hierbei besteht die große Gefahr, daß die Schaufeln oder Behälter der Lademaschinen beschäcigt werden, wenn sie auf die wegen unzureichender Bohrtiefe stehengebliebenen, festen Steine stoßen Um diese Gefahren und die zeitraubenden nachträglichen Sprengarbeiten und das darauf folgende nochmalige Abtragen von Gestein zu vermeiden, ist e:> wesentlich, daß das Bohren ununterbrochen fortgesetzt wird, bis die erforderliche Bohrlochliefe erreicht ist. Damit dies auf jeden Fall sichergestellt ist, wird nach der bisherigen Praxis der Bohrvorgang üblicher Weise nicht unterbrochen, bis auch der letzte Gestängeabschnitt ganz in den Grund eingebohrt ist. Damit werden jedoch unnötige Bohr- und Sprengkosten in Kauf genommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche gewährleisten, daß die Bohrlöcher ohne Unterbrechung des Bohrvorgangs und unabhängig von den Ansatzpunkten der Bohrungen genau bis auf die gewünschte Grundfläche vorgetrieben werden.

Das zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgem;iß dadurch gekennzeichnet, daß mittels elektromagnetischer Strahlung eine zu der Grundfläche parallele Bezugsfläche erzeugt wird, daß der Abstand zwischen der Bezugsfläche und dem Punkt, an welchem eine Bohr jng beginnt, in einer bestimmten Richtung gemessen wird und die in derselben Richtung gemessene Projektions Komponen-

le der Bohrlochtiefe zu dem Abstand addiert wird und daß der Bohrvorgang unterbrochen wird, wenn die Summe anzeigt, daß die Grundfläche erreicht ist

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführuhgsbeispielen näher erläutert.

F i g -1 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Bohrvorrichtung im Zusammenwirken mit einem frei stehend aufgestellten Suchermast für eine Bezugsfläche; ,

Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher der Sucher auf der Vorschublafette des Bohrgeräts montiert ist;

Fig.3 zeigt in vereinfachter Darstellung den Schaltplan der Steuervorrichtung des Bohrgeräts nach Fig.1.In

Fig.4 ist alternativ eine im Vergleich zu Fig.3 vereinfachte Steuervorrichtung dargestellt;

Fig.5 zeigt die Ausführung nach Fig.2 mit einer dieser angepaßten Steuervorrichtung.

Gemäß Fig.l und 2 wird durch eine rotierende Strahlungsquelle 101 eine Bezugsfläche 102 erzeugt. Die Strahlungsquelle kann z. B. ein Laser entsprechend dem schwedischen Patent 3 47 351 sein. Sie wird so gerichtet, daß die Bezugsfläche 102 parallel zu einer vorbestimmten Grundfläche 103 liegt, bis zu welcher gebohrt werden soll. Für die Bohrarbeiten wird ein Bohrgerät benutzt, welches aus einem Chassis 104 und einem daran gelagerten Ausleger 105 besteht, der eine Vorschublafette 106 für eine Gesteinsbohrmaschine 107 trägt. Den Antrieb der Vorschubbewegung längs der Lafette 106 bildet ein Vorschubmotor 109, der in bekannter Ausführung auf eine Kette oder eine Schraubenspindel wirkt. Die Gesteinsbohrmaschine 107 ist mit einer Bohrstange 108 verbunden.

Bei der Ausführung nach Fig.l wird ein frei stehend aufgestellter Sucher für die Bezugsfläche benutzt. Dieser besteht aus einem Grundrahmen Ul, einem Teleskopmast 112 und einem Arm 113 zum Abfühlen des Niveaus des mit 99 bezeichneten Punkts auf dem Boden 100, wo das Bohren beginnt. Der Mast 112 trägt an seinem oberen Ende einen Fotodetektor 116, welcher aus einer Anzahl Fotozellen besteht, wie sie z. B. von der Firma Siemens unter der Typenbezeichnung BPY 63 hergestellt werden. Diese Fotozellen sind zweckmäßigerweise so angebracht, daß die Strahlungsquelle 101 unabhängig von ihrer horizontalen Richtung festgestellt werden kann. Der Fotodetektor 116 ist vorzugsweise mit einer einfachen Kunststoff-Optik zur Begrenzung des vertikalen Empfindlichkeitsbereichs und mit einem der Wellenlänge der Strahlungsquelle angepaßten Filter versehen. Auf diese V/eise wird der Einfluß z. 3. des Sonnenlichts vermindert.

Der Grundrahmen 111 trägt reversible Antriebe für den Mast 112 und den Atm 113. Der Mast kann z.B. durch Anschluß seines inneren Hohlraumes an eine Druckfluidquelle ausgefahren und mittels eines weiteren bruckfluidmotors verkürzt werden, welcher über ein an der Mastspitze befestigtes Kabel diesen zusammenzieht. Als Antrieb für den Arm 113 kann ein reversibler r,₀ Druckfluidmotor oder Elektromotor dienen. Um die Druckfluidzufuhr zu steuern, werden elektrisch gesteuerte Ventile benutzt, die mit Verstärkern oder Relais versehen sein mögen, so daß sie durch die Steuersignale der nachstehend beschriebenen logischen Steuerschaltung angetrieben werden können. Mit den Antrieben des Masts 112 und des Arms 113 sind Impulse erzeugende Fühler, nachfolgend Sensoren genannt, verbunden. Diese können z. B. mit rotierenden Magneten arbeiten, welche auf Blattfederrelais (Reed-Relais) oder sogenannte »log-cell-Elemente« wirken. Der Vorschub der Bohrmaschine 107 wird in ähnlicher Weise gemessen. Der Arm 113 ist zwischen einer oberen Endstellung 114 und eirier unteren Endstellung 115 bewegbar, wobei die obere Endstellung 114 auf demselben Niveau liegt, wie die untere Endstellung des Fotodetektors 116.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von der nach Fig.l nur darin, daß der Mast 122 auf der Vorschublafette 106 montiert ist Der Mast 122 wird durch einen Motor 121 angetrieben.

Mit den in Fig.l eingetragenen Bezeichnungen ergibt sich folgende Beziehung:

A = H + K + Dcos v,

wobei A den Abstand zwischen der Bezugsfläche 102 und der Grundfläche 103, Hden Abstand zwischen der Endstellung 114 und der Bezugsfläche 102, K den Abstand zwischen der Endstellung 114 und dem mit 99 bezeichneten Ansatzpunkt der Bohrung, D die Tiefe des Bohrlochs und schließlich ν den Winkel zwischen der Bohrrichtimg und der Vertikalen bedeuten.

Bei der Anordnung nach F i g. 2 besteht folgende Beziehung:

A = {H + K + K) cos v,

in diesem Fall sind H und K in der Bohrrichtung gemessen. K ist der konstante Abstand zwischen der unteren Endstellung 120 des Fotodetektors 116 und dem Ansatzpunkt 99 der Bohrung.

Die Bohrmaschine 107 ist in der Darstellung nach Fig.3 gezeigt mit einem elektrisch gesteuerten Ventil 47, welches die Druckfluidzufuhr von einer Versorgungsleitung 48 zur Hammervorrichtung der Bohrmaschine unterbricht, wenn eine bestimmte Spannung, ein logisches 1-SignaI, an den Eingang 49 des Ventils angelegt wird. Dieses möge einen Verstärker haben, welcher die Steuerung mittels logischer Signale ermöglicht.

Der Grundrahmen 111 des Mastes 112 trägt eine Anzahl von Fühl- oder Anzeigeeinrichtung 19, 21, 30,31 und 32, auch Indikatoren oder Sensoren genannt, sowie Impulse erzeugende Sensoren 91 und 2, was in F i g. 3 durch eine Linie 95 angedeutet ist. Der Indikator 19 erzeugt ein logisches 1-Signal, auch »Signal« genannt, an seinem Ausgang, wenn der Arm 113 auf dem Grund aufsetzt. Der Indikator 21 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn der Mast 112 bis in die höchste Stellung ausgefahren ist, welche, falls gewünscht, einstellbar ist. Der Indikator 30 umfaßt den Fotodetektor 116, einen Verstärker mit Filter zur Unterdrückung unerwünschter Signale und eine Ausgangssignalvorrichtung, z. B. einen Schmitt-Trigger, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Fotodetektor 116 die Strahlungsquelle 101 fühlt. Der Indikator 31 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn der Arm 113 in seiner oberen Endstellung 114 sieht. Der Indikator 32 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn sich der Fotodetektor 116 in seiner unteren Endstellung 114 befindet. Die Sensoren 91 und 2, die mit den Antriebsmotoren des Masts 112 und des Arms 113 verbunden sind, haben zwei mit UP und DOWN bezeichnete Ausgänge. Diese Sensoren erzeugen zwei phasenverschobene Impulsfolgen, so d?ß die Drehrichtung der Sensoren dargestellt wird. Die Sensoren

umfassen Impulse erzeugende Elemente, z. B. monostabile Vibratoren und erzeugen logische !-Impulse konstanter Dauer je nach Drehrichtung der Sensoren entweder am Ausgang UP oder am Ausgang DOWN. »UP« und »DOWN« bedeuten » + « und » —« entsprechend der üblicheren Praxis, nicht aber Bewegungsrichtungen, z. B. mit Bezug auf Fig. 1, nach oben bzw. nach unten.

Ein Sensor 3 isi mit dem Motor 109 oder der von diesem angetriebenen Kette- oder Schraubenspindel verbunden. Dieser Sensor isl von derselben Art wie die Sensoren 91 und 2. Dies ist in der Zeichnung durch die Linie 97 angedeutet. Weiterhin soll eine Linie 98 zeigen, daß mit der Vorschublafette 106 ein Winkelsensor 26 verbunden ist, welcher ein Signal abgibt, das entweder dem Winkel ν oder dem cos ν proportional ist. Der Sensor kann auch durch einen Einstellknopf-Schalter ersetzt sein.

Die Vorschublafette 106 ist mit einer Bohrstangenführung 110 versehen, zu der eine mit einem Indikator 33 ausgestattete Zange gehört, durch welche das Bohrgestänge 108 gehalten werden kann. Der Indikator 33 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Zange das Bohrgestänge ergreift. In der Zeichnung zeigt eine Linie 96 die Lage des Indikators 33.

Auf dem Grundrahmen 104 des Bohrgeräts sind weitere elektronische Einrichtungen montiert. Die Steuerungselektronik ist im wesentlichen aus integrierten Schaltkreisen aufgebaut und in der Zeichnung als logischer Schaltplan dargestellt.

Zur elektronischen Steuereinrichtung gehören außer den bereits erwähnten Indikatoren und Sensoren drei Addierglieder 4, 5 und 6. Diese haben jeweils zwei Eingänge und einen Ausgang und arbeiten in der Weise, daß jeder Eingangsimpuls, unabhängig an welchem Eingang, einen Ausgangsimpuls erzeugt, und zwar unabhängig von der zeitlichen Reihenfolge. Außerdem sind drei UP/DOWN-Zäh\er 7, 8 und 9 vorgesehen, die mehrere Ein- und Ausgänge haben, von denen nur die hier benutzten gezeigt sind. Um die Beschreibung zu ^₀ vereinfachen, sei angenommen, daß die Zähler auf logische 1-Impulse reagieren und auch solche 1-Impulse als Ausgangssignale erzeugen. Ein Eingang »LOAD« am Zähler 9 ist eine Ausnahme. Diesem Eingang werden logische 0-Impuise zugeführt. Der Aufbau der Zähler muß berücksichtigt werden, wenn im Handel erhältliche Zähler benutzt werden. Dies geschieht am einfachsten, indem an bestimmten Eingängen und/oder Ausgängen Umkehrglieder angeordnet werden. Wenn an einem mit »CLEAR« bezeichneten Eingang ein Signal auftritt, werden die Zähler auf 0 gestellt. Impulse, die an einen mit »UP« bezeichneten Eingang gelangen, vergrößern den im Zähler gespeicherten Wert. Umgekehrt verringern Impulse am Eingang »DOWN« den im Zähler gespeicherten Wert Wenn dieser Null wird, ergibt sich am mit »BORROW« bezeichneten Ausgang ein Signal. Wenn der Eingang »LOAD« des Zählers 9 einen logischen 0-Impuls erhält, wird der im Zähler 7 gespeicherte Wert auf den Zähler 9 übertragen, was in der Zeichnung durch einen Pfeil 45 angedeutet ist. Der im Zähler 7 gespeicherte Wert wird dadurch jedoch nicht beeinflußt. Ein Multiplizierglied 11 multipliziert die Zahl der Impulse, welche es von dem die Bohrlänge messenden Sensor 3 erhält mit dem Wert von cos v, der entweder unmittelbar vom Sensor 26 erhalten wird, oder, wenn dieser nur einen Winkelwert erzeugt, im Multiplizierglied 11 ermittelt wird.

Weiterhin sind drei elektro-mechanische Impulszähler 12, 13 und 14 in der Steuervorrichtung enthalten Diese können natürlich durch elektronische Zähler mil Digitalanzeige ersetzt werden. Die Zähler 12 und 13 sind mit einer manuellen Null-Stelleinrichtung 81 bzw 82 versehen. Der Zähler 14 hat zwei parallel verbundene Digitalanzeigen, von denen eine mit einer manuellen Voreinstellung 83 versehen ist. Impulse am Eingang 43 des Zählers 14 werden vom voreingestellten Wert abgezogen und gleichzeitig auf der anderen Digitalanzeige zusammengezählt. Wenn die voreingestellte Anzeige den Wert 0 erreicht, wird am Ausgang 44 des Zählers 14 ein Signal erhalten. Die beiden Digitalanzcigen werden mittels eines Zugmagneten 80 gleichzeitig zurückgestellt. Es sei angenommen, daß der Zugmagnet 80 einen Verstärker aufweist, durch welchen eine Betätigung mittels logischer Signale möglich ist. Ein Impulsgenerator 24 erzeugt ständig Impulse, deren Dauer und Frequenz auf den Zähler 14 abgestellt sind. Weiterhin gehören zu der Steuervorrichiung zwei monostabile Vibratoren 28 und 29. Diese erzeugen jeweils am Ausgang 1 einen logischen 1-Impuls bestimmter Dauer und am Ausgang 0 einen logischen 0-lmpuls derselben Dauer, wenn die Spannung am Eingang vom Niveau eines logischen 0-lmpulses auf das eines logischen 1 -Impulses wechselt.

In der Steuervorrichtung nach F ig. 3 sind sieben »SET/RESET«-Flip-Flops 10, 15, 16, 17, 18, 20 und 27 enthalten. Diese erzeugen ein anhaltendes logisches 1-Signal am Ausgang 1 und ein anhaltendes logisches 0-Signal am Ausgang 0 nach Empfang eines Impulses am Eingang S. Wenn dagegen ein Impuls an den Eingang R gelangt, werden die logischen Werte der Ausgangssignale umgekehrt.

Schließlich gehören zur Steuervorrichtung eine Anzahl AND-GATTER und OR-GATTER. Ein AND-GATTER, z. B. das Gatter 22, erzeugt nur dann ein logisches 1-Signal am Ausgang, wenn alle Eingänge ein logisches 1-Signal erhalten. Ein OR-GATTER, z. B. das Gatter 50, erzeugt ein logisches 1-Signal am Ausgang, wenn einer oder mehrere der Eingänge ein logisches 1-Signal erhalten. Die Gatter können mit Umkehrgliedern an den Eingängen oder Ausgängen versehen sein, was in der Zeichnung durch kleine Kreise angedeutet ist. Die Umkehrung bedeutet, daß ein logisches 1-Signal in ein logisches 0-Signal oder umgekehrt verwandelt wird.

Alle elektronischen Schaltkreise im dargestellten System erhalten ihre Steuerspannung von einer Spannungsquelle, z. B. einem Akkumulator, über ein Halterelais 25. Die Spannungsquelle und das Relais seien hier als Einheit angenommen. Zum System gehören zwei Sprungschalter 34 und 35. Leiter 70 und 71 stehen unter einer Spannung vom Niveau der logischen 1-Signale. Außerdem sind zwei Anzeigegeräte vorgesehen, die z. B. Licht und/oder akustische Signale erzeugen. Im Beispielsfall sind sie als Lampen 41 und 42 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet wie folgt: Die Strahlungsquelle 101 ist so gerichtet, daß die Bezugsfläche 102 parallel zur Grundfläche 103 liegt. Der Abstand H + K zwischen der Bezugsfläche und dem Ansatzpunkt 99 der Bohrung wird durch den Mast 112 und den Arm 113 gemeldet und im Zähler 14 registriert. Hierzu wird die Richtungskomponente Dcos ν der Tiefe des Bohrlochs addiert. Wenn der Zähler 14 anzeigt, daß die Grundfläche 103 erreicht ist, wird am Ausgang 44 ein Signal erzeugt. Dieses Signal schaltet über den Flip-Flop '8, das Gatter 68, dessen Ausgang 40 mit dem Eingang 49 des Ventils 47 verbunden ist, über

dieses die Hamniervorriehtiing der Bohrmaschine 107 aus.

Im folgenden sei die Funktionsweise der in Y i g. 3 dargestellten Steuervorrichtung erläutert, wobei mit der Bezeichnung »hoch« eine logische I-Signal-Spannung und mit »niedrig« eine logische O-Signal-Spannung gemeint wird. Die Beschreibung geht davon aus, daß die Spannung abgeschaltet ist und daß der Mast 112 und der Arm 113 sich nicht in einer ihrer Endstcllungen befinden. Wenn dann der Sprungschalter 34 betätigt wird, gelangt Spannung von dem Leiter 70 an das Halterelais 25, durch welches alle Schaltkreise mit Spannung versorgt werden, sowie zum Eingang S des Flip-Plops 20. Dadurch wird dessen Ausgang 1 hoch, und auf diese Weise wird auch der Ausgang 0 des Flip-Flops

16 hoch. Die Ausgänge der Gatter 61 und 62 werden niedrig. Da sich der Arm 113 nicht in seiner oberen Endstellung 114 befindet, ist der Ausgang des Indikators 31 niedrig. Beide Eingänge des Gatters 63 sind deshalb niedrig und sein Ausgang hoch. Dieser Ausgang ist mit dem Antriebsmotor des Arms 113 verbunden, so daß der Arm dadurch in seine Endstellung 114 zurückgebracht wird.

Da sich voraussetzungsgemäß der Fotodetektor 116 nicht in seiner unteren Endstellung 114 befindet, ist der Ausgang des Indikators 32 niedrig. Weil auch der Ausgang des Indikators 31 niedrig ist, ist der Ausgang des Gatters 66 und sind beide Eingänge des Gatters 65 niedrig.

Da der Ausgang des Gatters 61 niedrig ist, sind beide Eingänge des Gutters 64 niedrig. Dies bedeutet, daß der Ausgang 39 des Gatters 64 hoch ist. Dieser Ausgang ist mit dem Antrieb des Masts 112 derart verbunden, daß der Mast dadurch in seine Endstellung 114 verfahren wird.

Wenn der Arm 113 seine obere Endstcllung 114 erreicht, wird der Ausgang des Indikators 31 hoch und dadurch wird der Ausgang 37 des Gatters 63 niedrig, wodurch der Antrieb des Arms 113 unterbrochen wird.

Wenn der Mast 112 seine Endstellung 114 erreicht, wird der Ausgang des Indikators 32 hoch. Dadurch wird der Ausgang 39 des Gatters 64 niedrig, so daß der Antrieb des Masts 112 unterbrochen wird. Da die Ausgänge beider Indikatoren 31 und 32 hoch sind, ist auch der Ausgang des Gatters 51 hoch, so daß der Zähler 7 auf 0 gestellt wird und der Ausgang 1 des Flip-Flops 20 niedrig wird.

Wenn nun der Sprungschalter 35 betätigt wird, gelangt Spannung von der Leitung 71 zum monostabilen Vibrator 28, so daß dieser einen logischen 1-Impuls abgibt. Dieser Impuls macht über den Zugmagneten 80 den Zähler 14 bereit, so daß dessen voreingestellte Anzeige den eingestellten Wert zeigt, welcher dem Abstand A zwischen der Bezugsfläche 102 und der Grundfläche 103 entspricht. Der genannte Impuls stellt außerdem die Zähler 8 und 9 auf Null, macht den Ausgang 0 des Flip-Flops 18 hoch und dessen Ausgang 1 niedrig, macht außerdem den Ausgang 0 des Flip-Flops

17 hoch und dessen Ausgang 1 niedrig. Außerdem wird der Ausgang 0 des Flip-Flops 16 und der Ausgang 1 des Flip-Flops 15 niedrig, und über das Gatter 50 wird Ausgang 1 des Flip-Flops 27 niedrig.

Wenn die voreingestellte Anzeige des Zählers 14 Null zeigt und vom monostabilen Vibrator 28 der Impuls erzeugt wird, ist der Ausgang 44 hoch, und das Gatter 67 überträgt deshalb den Impuls an den Zähler 12, welcher dazu dient, die Anzahl der Bohrlöcher zu registrieren. Da die Ausgänge 1 der Flip-Flops 18 und 27 niedrig sind.

sind auch beide Eingänge des Gatters 68 niedrig und dessen Ausgang 40 deshalb ebenfalls niedrig. Dieser Ausgang ist mit dem Eingang 49 des Ventils 47 verbunden.

Die Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107 läuft nunmehr an, und das Bohren kann beginnen. Da der Arm 113 nicht in Berührung mit dem Grund steht, ist der Ausgang des Indikators 19 niedrig, und da der Ausgang 0 des Flip-Flops 16 niedrig ist. sind beide Eingänge des

ίο Gatters 59 niedrig und sein Ausgang 36 hoch. Dieser Ausgang ist mit dem Antriebsmotor 113 des Arms verbunden, so daß der Arm dadurch zum Aufsetzen auf dem Grund bewegt wird.

Da auch der Fotodetektor 116 noch nicht die Strahlungsquelle 101 aufgespürt hat, ist der Ausgang des Indikators 30 niedrig. Weil außerdem der Ausgang 1 des Flip-Flops 27 niedrig ist, sind beide Eingänge des Gatters 57 und deshalb auch dessen Ausgang niedrig. Da weiterhin der Ausgang 0 des Flip-Flops 16 niedrig ist, sind beide Eingänge des Gatters 60 niedrig und deshalb dessen Ausgang 38 hoch. Dieser Ausgang ist mit dem Antrieb des Masts 112 verbunden, so daß der Mast dadurch ausgefahren wird.

Wenn der Mast 112 hochgefahren und der Arm IH abgesenkt wird, liefern die Sensoren 91 und 2 Impulse am Ausgang UP. Diese Impulse werden durch das Addierglied 4 zusammengezählt, welches sie an den Eingang UP des Zählers 7 weitergibt. Sobald der Arm 113 den Grund erreicht, wird der Ausgang des Indikators 19 hoch, wodurch der Antrieb des Arms über das Gatter 59 angehalten wird. Wenn der Fotodetektor 116 die Bezugsfläche 102 erreicht, wird der Ausgang des Indikators 30 hoch, wodurch der Antrieb des Masts über die Gatter 57 und 60 unterbrochen wird. Da die Ausgänge der Indikatoren 19 und 30 beide hoch sind, ist auch der Ausgang des Gatters 22 hoch. Dadurch wiederum wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 15 hoch, und als Folge davon liefert der monostabile Vibrator 29 einen logischen 0-lmpuls an den Eingang LOAD des Zählers 9, wodurch der im Zähler 7 gespeicherte Wert auf den Zähler 9 übertragen wird. Da der Ausgang I des Flip-Flops 15 und auch der Ausgang 0 des Flip-Flops 17 hoch sind, können die Impulse des Impulsgenerators 24 durch das Gatter 23 gelangen. Die Impulse gehen einerseits an den Eingang DOWN des Zählers 9 und andererseits über das Addierglied 6 an das Gatter 56. Da der Ausgang 0 des Flip-Flops 18 hoch ist, können die Impulse durch das Gatter 56 gehen und werden im Zähler 14 registriert.

Während des Bohrvorgangs ergreift die Zange der Bohrstangenführung 110 das Bohrgestänge 108 nicht, se daß der Ausgang des Indikators 33 niedrig ist. Wenn die Bohrmaschine 107 entlang der Vorschublafette 10t vorgeschoben wird, liefert der Sensor 3 Impulse arr Ausgang DOWN. Diese Impulse gehen durch da; Gatter 53, da der Ausgang des Indikators 33 niedrig ist Da der Ausgang 0 des Flip-Flops 10 niedrig und seir Eingang 1 hoch ist, können die Impulse nicht den Zählei 8 erreichen, sondern gelangen über das Gatter 5; einerseits zum Zähler 13 und andererseits zun Multiplizierglied U. Im Zähler 13 wird die gesamt* Bohrlänge registriert. Die vom Sensor 3 ankommend! Zahl von Impulsen wird im Multiplizierglied 11 mit cos multipliziert und die auf diese Weise modifiziert« Impulszahl wird über das Addierglied 6 und das Gatte 56 dem Zähler 14 zugeführt. Die Impulse von Impulsgenerator 24 verringern den im Zähler ! gespeicherten Wert, bis dieser Null wird. Wenn die

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geschieht, liefen der Zahler 9 einen Impuls am Ausg.uig BORROW. Dieser Impuls wird dem Eingang 5 ties Flip-Flops 17 zugeführt, wodurch dessen Ausgang I hoch und dessen Ausgang 0 niedrig wird. Wenn der Ausgang 0 des F lip-Flops 17 niedrig ist, können die Impulse des Impulsgenerators 24 nicht durch das Gatter 23 dringen. Da der Ausgang 1 des Flip-Flops 17 hoch ist. sind die Ausgänge der Gatter 61 und 62 niedrig. Außerdem ist der Ausgang des Indikators .31 niedrig, so daß der Ausgang 37 des Gatters 63 hoch ist. Als Ergebnis davon wird der Arm 113 in seine obere Endstellung 114 bewegt.

[3a der Ausgang des Indikators 31 niedrig ist, ist auch der Ausgang des Gatters 66 niedrig, und da weiterhin der Ausgang des Indikators 32 niedrig ist, ist auch der Ausgang des Gatters 65 niedrig. Dies bedeutet, daß beide Eingange des Gatters 64 niedrig sind und deshalb dessen Ausgang 39 hoch ist. Als Folge davon wird der Mast 112 in seine untere F.ndstellung 114 verfahren. Wenn der Arm 113 die Endstellung 114 erreicht, wird der Ausgang des Indikators 31 hoch. Als Folge davon wird der Ausgang 37 des Gatters 63 niedrig, wodurch der Antrieb des Arms unterbrochen wird. Da der Ausgang 1 des Flip-Flops 17 hoch ist, folgt daraus weiterhin, daß der Ausgang des Gatters 66 hoch wird, so daß der Ausgang 39 des Gatters 64 niedrig und damit der Antrieb des Masts unterbrochen wird. Wenn der in F i g. 3 gezeigte Schalter 90 offen ist, wird statt dessen der Mast in seine untere Endstellung 114 zurückgezogen, wenn der Ausgang 1 des Flip-Flops 14 hoch ist.

Um die vorgesehene Grundfläche 103 zu erreichen, kann es erforderlich sein, das Bohrgestänge 108 /u verlängern. Wenn die Bohrmaschine 107 in ihrer vorderen Stellung auf der Vorschublafette 106 steht, wird die Zange der Bohrgestängeführung 110 zusammengedrückt, wodurch das Bohrgeslänge 108 gehalten wird. Außerdem wird der Ausgang des Indikators 33 hoch. Dadurch werden die Gatter 52 und 53 geschlossen, so daß keine Impulse vom Sensor 3 hindurchgehen können. Die Bohrmaschine 107 wird vom Bohrgestänge 108 gelost und in ihre hintere Stellung auf der Vorschublafette 106 zurückgefahren. Es wird dann ein weiterer Bohrstangenabschnitt mit dem Bohrgestänge 108 und danach die Bohrmaschine 107 wieder mit dem so verlängerten Bohrgestänge verbunden. Wenn die Zange der Bohrgestängeführung 110 geöffnet wird, wird der Ausgang des Indikators 33 niedrig, und der Bohrvorgang kann, wie vorstehend beschrieben, fortschreiten.

Sobald die Grundfläche 103 erreicht ist, wird der Wert in der voreingestellten Anzeige des Zählers 14 Null und der Ausgang 44 deshalb hoch. Dadurch wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 18 hoch und sein Ausgang

niedrig. Der Ausgang 40 des Gatters 68 wird infolgedessen hoch, wodurch die Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107, wie oben beschrieben, abgeschaltet wird. Die Lampe 41 leuchtet auf und zeigt an, daß das Loch fertig gebohrt ist.

Während des Bohrvorgangs kann es notwendig sein, die Bohrmaschine 107 zurückzuziehen, z. B., wenn das Bohrgestänge 108 das Bestreben zeigt, im Bohrloch stecken zu bleiben. Wenn die Bohrmaschine zurückgezogen wird, liefert der Sensor 3 Impulse am Ausgang UP. Diese gelangen über das Gatter 52 an den Eingang UP des Zählers 8 und an den Eingang R des Flip-Flops 10. Als Ergebnis des ersten Impulses wird der Ausgang

des Flip-Flops 10 niedrig und sein Ausgang 0 hoch. Gatter 55 ist geschlossen. Wenn die Bohrmaschine 107

K)

wieder vorgeschoben wird, liefert der Sensor 3 Impulse vom Ausgang DOWN Da der Ausgiing Odcs Flip-Flop! 10 doch ist, gehen die Impulse diirclt die Gatter 53 und 54 /um Eingang DOWN ties Zähle-·; 8. Wenn der im s Zahler 8 gespeicherte Wer! 0 wird, irrgibt sich wieder ein Impuls am Ausgang IiORROW. Als Folge dieses Impulses wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 10 hoch und sein Ausgang 0 niedrig. Dadurch ν, ird das Gatter 54 geschlossen und gleichzeitig das Galler 55 geöffnet. Die ίο Impulse vom Sensor 3 werden nun dem Zähler 14 zugeführt wie oben beschrieben.

Wenn sich der Fotodetektor 116 schon über def Ikvugsflache 102 befindet, wenn der .Sprungschalter 35 betätigt wird oder wenn der Fotodetektor währenddes is Ausfahren;» des Masts aus irgendeinem Grund die Ikvugsflache 102 nicht auffindet, wird der Mast bis in seine oberste F.ndstellung ausgefahren. Wenn er diese erreicht, wird der Ausgang des Indikators 21 hoch. Als Foige davon wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 27 hoch, wodurch Ausgang 38 des Galters 60 niedrig und die Aufwärisbewcgung des Masts 112 angehalten wird. Weiterhin wird der Ausgang 40 des Gatters 69 hoch, wodurch die Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107 angehalten wird und die Lampe 42 aufleuchtet. Weiterhin wird der Ausgang des Gatters 61 niedrig. Da die Ausgänge der Indikatoren 31 und 32 beide niedrig sind, ist der Ausgang des Gatters 65 niedrig. Dies bedeutet, daß beide Eingänge des Gatters 54 niedrig sind und deshalb dessen Ausgang 39 hoch ist. Als Folge davon wird der Mast 112 zusammengezogen. Wenn dann der Fotodetektor 116 während der Abwärtsbewegung des Masts auf das Niveau der Bezugsfläche 102 kommt, wird der Ausgang des Indikators 30 hoch. Da der Arm 113 schon in Berührung mit dem Grund ist, ist der Ausgang des Indikators 19 hoch. Deshalb wird der Ausgang des Gatters 22 hoch und dadurch auch der Ausgang 1 des Flip-Flops 15. Außerdem wird der Ausgang I des Flip-Flops 27 niedrig, so daß der Ausgang 40 des Gatters 68 niedrig und die Lampe 42 abgeschaltet wird. Die Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107 wird erneut gestartet. Da die Ausgänge 1 der Flip-Flops 17 und 27 niedrig sind, ist der Ausgang des Gatters 58 niedrig. Weiterhin ist Ausgang 1 des Flip-Flops 20 niedrig, so daß der Ausgang des Gatters 61 hoch ist. Dies bedeutet, daß der Ausgang 3<» des Gatters 64 niedrig ist und die Bewegung des Masts 112 angehalten wird. Danach arbeitet die Steuerung wie vorstehend beschrieben.

Beider Ausführung nach F i g. 4 wird eine Steuervorrichtung benutzt, welche sich von der nach Fig.3 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß keine UPI DO WN-Zähler vorgesehen sind.

Ebenso wie bei der Ausführung nach Fig.3 sind nach Fig.4 ein Fotodetektor 116, ein Verstärker und F'lter 140 und ein Ausgangstei! 141, z. B. ein Schmitt-Trigger, vorgesehen, um die Bezugsfläche 102 festzustellen. Diese drei Einheiten entsprechen zusammen dem Indikator 30 nach F i g. 3. Die Sensoren 134, 135 und 136, die mit dem Vorschubmotor 109. dem Motor des Arms 113 und dem Motor des Masts \\2 verbunden sind, sind bei diesem Ausführungsbeispiel von einfacherer Konstruktion als die entsprechenden Sensoren bei der Ausführung nach Fig.3. Sie können nicht die Drehrichtung der zugehörigen Motoren fühlen. Außerdem sind die monostabilen Vibratoren 137,138 1"!?-l ^{l39 alS besonder}e Einheiten gezeigt. Drei Indikatoren werden bei der Steuervorrichtung nach F 1 g - 4 eingesetzt, z. B. Drucksensoren 131.132 und 133,

welche die mit einem Indikator versehene Zange 33 gemäß F i g. 3 ersetzen. Diese Indikatoren /eigen an. daß die Hammervorrichtung arbeilet, daß das Bohrgestänge 108 rotiert und daß der Vorschub eingeschaltet ist. Sämtliche Ausgänge dieser Indikatoren sind während des Bohrvorgangs hoch.

Wenn der Schalter 130 in die Sehalistellung 127 gebracht wird, gelangt von der Leitung 71 Spannung an das Gatter 148. Dadurch wird der Ausgang I des I lip I lops 14.3 hoch. Der Mast 112 und der Arm 113 werden über die Ausgänge 37 und 39 in die Kndstcllung 114 zurückgezogen. Nachdem dies geschehen ist, sind die Ausgänge der Indikatoren 31 und 32 hoch

Wenn der Schalter 130 in die in 1 ι g . 4 dargestellte Schaltstellung geschaltet wird, liefert der monostabile Vibrator 28 einen logischen 1 Impuls am Ausgang I. Dieser Impuls stellt über den Zugmagneten 80 den Zähler 14 ein. Wenn die Voreinsiellungsanzeige des Zählers 14 vorher Null gezeigt hat, geht der Impuls durch das Gatter 67 zum Zähler 12. Als Folge- des Impulses wird außerdem der Atisgang I des Klip-Klops 18 niedrig. Ausgang 1 des Flip-1 lops 142 hoch und dessen Ausgang 0 niedrig sowie Ausgang I des Flip-Flops 14.3 niedrig. Da sich der Mast 112 nicht in seiner oberen Stellung befindet, ist der Ausgang des Indikators 21 niedrig. Beide Eingänge des Gatters 68 sind deshalb niedrig, so daß ύα·~ Ventil 47 die Druckfluidzufuhr zur Hammervorrichiung der Bohrmaschine 107 öffnet. Da der Ausgang 36 hoch ist, wird der Arm 113 zum Grund hin angetrieben. Da der Fotodetektor 116 sieh nicht in der Bezugsfläche 102 befindet, ist der Ausgang des Ausgangsteiles 141 niedrig. Der Ausgang 38 ist hoch, und der Mast wird hochgefahren '"»ic Bewegung des Masts 112 und des Arms 113 wiru über die Sensoren 136 und 135, die monosiabilcn Vibratoren 139 und 138, die Gatter 149 und 150, 38 Addierglied 4. das Gatter 152 und das Addierglied 6 im Zähler 14 registriert. Der Vorschub der Bohrmaschine 107 längs der Vorschublafette 106 wird während des Bohrvorgangs über den Sensor 134, den monostabilen Vibrator 137 und, da die Ausgang der Indikatoren 131, 132 und 133 hoch sind, das Gatter 151 im Zähler 13 registriert. Diese Impulse werden auch dem Mulliplizierglied U zugeführt, wo ihre Zahl mit dem vom Sensor 26 erhaltenen Wert des cos ν modifiziert wird. Die das Multiplizicrglied 11 verlassenden Impulse werden über das Addierglied 6 dem Zähler 14 zugeführt. Wenn der Arm 113 den Grund erreicht, wird der Ausgang des Indikators 19 hoch, und das s (latter 150 blockiert Signale vom Sensor 135. Ks wird in ii escin Fall angenommen, daß der Motor des Arms 113 mit einer mechanischen Kupplungsvorrichtung verschen ist, welche ilen Antrieb des Arms unterbricht, wenn dieser auf dem (J rund aufsetzt.

i„ Wenn der Fotodetektor 116 die Bezugsflächc 102 erreicht, wird der Ausgang lies Ausgangsteils 141 hoch. Dadurch wird der Ausgang I des Flip-Flops 142 niedrig, dessen Ausgang 0 hoch und Ausgang 1 des Flip-Flops 143 ebenfalls hoch. Als Folg davon werden der Mast und

i<; der Arm in ihre Feldstellung 114 zurückgezogen. Gatter 152 wird dadurch geschlossen. Wenn die voreingestellte Anzeige des Zählers 14 Null wird, wird der Ausgang 44 hoch, wodurch Ausgang 1 des Flip-Klops 18 hoch wird. Ausgang 40 des Gatters 68 wird hoch, wodurch die

;o Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107 mittels des Ventils 47 angehalten wird. Außerdem leuchtet die Lampe 41 auf, um anzuzeigen, daß das Bohrloch fertig ist. Da der Vorschub tier Bohrmaschine 107 längs der Bohrlafctte 106 nur registriert wird, wenn die Ausgänge der Indikatoren 131, 132 und 133 hoch sind, kann das Bohrgestänge 108 auch bei dieser Ausführung verlängert werden.

Bei dem Ausführungsbeispicl nach K ig. 5 ist der Mast 122 auf der Vorschublafette 106 montiert. l£in

,o Steuerkreis 144 dient bei diesem System dazu, eine Anzahl Impulse zu erzeugen, welche dem Abstand K entspricht. Dieser Steuerkreis ersetzt den Arm 113 in K i g . 3 und 4. Das Multiplizierglied 11 ist gemäß F" i g . 5 so versetzt worden, daß die Gesamtzahl der Impulse

•^ von den Sensoren 134 und 136 mit cos ν multipliziert wird entsprechend der aus F ig. 2 abgeleiteten Gleichung

Λ = (H + K + D)cos v.

Außerdem ersetzt ein Gatter 153 die Gatter 149 und 152 in I i g. 4. Im übrigen arbeitel die Steuervorrichtung nach Fig. 5 im Prinzip in derselben Weise wie das System nach F^: i g . 4. so daß auf eine detaillierte Funktionsbeschreibung verzichtet werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gesteins- und/oder Erdbohren, wobei mehrere Bohrlöcher bis auf eine vorbestimmte, vorzugsweise ebene Grundfläche vorgetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels elektromagnetischer Strahlung eine zu der Grundfläche parallele Bezugsfläche erzeugt wird, daß der Abstand zwischen der Bezugsfläche und dem Punkt, an welchem eine Bohrung beginnt, in einer bestimmten Richtung gemessen wird und die in derselben Richtung gemessene Projektionskomponente der Bohrlochtiefe zu dem Abstand addiert wird, und daß der Bohrvorgang unterbrochen wird, wenn die Summe anzeigt, daß die Grundfläche erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Bezugsfläche und dem Ansatzpunkt der Bohrungen in einer allen zusammengehörigen Bohrungen gemeinsamen Richtung gemessen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer längs einer Vorschubvorrichtung verfahrbaren Bohrmaschine zum Bohren einer Anzahl Löcher bis auf eine bestimmte Grundfläche und einer mit der Vorschubvorrichtung verbundenen, den Vorschubweg der Bohrmaschine messenden Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung -₀ einer zur Grundfläche (103) parallelen Bezugsfläche (102) mittels elektromagnetischer Strahlung und eine mit der den Vorschubweg messenden Vorrichtung verbundene Meß- und Steuervorrichtung zur Summierung des in einer bestimmten Richtung _J5 gemessenen Abstandes zwischen der Bezugsfläche (102) und dem Ansatzpunkt (99) der Bohrung und der in dieselbe Richtung fallenden Richiungskomponente der Bohrlochtiefe (D).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Meß- und Steuervorrichtung die Bewegung der Bohrmaschine (107) auf der Vorschubvorrichtung (106) in Rückwärtsrichuing meßbar ist, wobei zu jeder Zeit die Lage des vorderen Endes eines mit der Bohrmaschine verbundenen Bohrgestänges (108) angegeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meß- und Steuervorrichtung eine Einrichtung gehört, durch welche die Vorschubmessung bei der Verlängerung des Bohrgestänges (108) zu unterbrechen ist.

6. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meß- und Steuervorrichtung eine Einrichtung gehört, durch welche ein dem Abstand zwischen der Bezugsfläche (102) und der Grundfläche (!03) entsprechender Vorgabewert einspeicherbar ist, und daß ein Steuersignal erzeugbar ist, wenn eine Bohrung relativ zur Bezugsfläche (102) die dem Vorgabewert entsprechende Tiefe erreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine von dem Steuersignal beeinflußbare, die Energiezufuhr zur Bohrmaschine (107) abschaltende Einrichtung.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis. 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der Bezugsfläche (102) einen Laser aufweist.

9 Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine den Abstand zwischen der Bezugsfläche (102) und dem Ansatzpunkt (99) einer Bohrung messende Vorrichtung, welche einen ausfahrbaren iviast (Π2) mit einem lichtempfindlichen, die Bezugsfläche (102) fühlenden Element (116) aufweist

10 Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (112) ein Teleskopmast ist.